Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8216:2018 về Công trình thủy lợi - Thiết kế đập đất đầm nén

• Số hiệu: TCVN8216:2018
• Loại văn bản: Tiêu chuẩn Việt Nam
• Nơi ban hành: ***
• Người ký: ***
• Ngày ban hành: Năm 2018

CHÚ THÍCH:

1) Khối chống thấm (3) Khối gia tải thượng lưu MNTK: Mực nước thiết kế

(2) Khối lọc và tiêu thoát nước (4) Khối gia tải hạ lưu

Hình 1 - Cấu tạo một số dạng mặt cắt ngang điển hình của đập

4.2  Theo kết cấu chống thấm ở nền kết hợp chống thấm ở thân đập

- Đập có sân phủ kết hợp với tường nghiêng hoặc tường lõi chống thấm.

- Đập có chân khay kết hợp tường lỗi chống thấm hoặc tường nghiêng chống thấm.

- Đập có màng phụt vữa chống thấm kết hợp tường lõi chống thấm.

- Đập có tường hào chống thấm (vật liệu mềm hoặc cứng), thường kết hợp với lõi chống thấm.

4.3  Theo tính chất đất đá của nền đập

- Đập trên nền cứng: nền đập là đá phong hóa mạnh đến tươi; hầu như không có biến dạng khi tăng tải do đắp đập gây ra; có độ bền đáp ứng; tính chất biến dạng, chỉ tiêu cơ lý hầu như không bị suy giảm khi tiếp xúc lâu dài với nước và dòng thấm sau khi hình thành hồ.

- Đập trên nền mềm: là các loại nền khác còn lại.

...

...

...

5.1  Điều kiện làm việc của đập

5.1.1  Điều kiện làm việc bình thường:

- Thời kỳ thấm ổn định, ứng với mực nước hồ nằm trong phạm vi từ mực nước dâng bình thường (MNDBT) đến mực nước chết (MNC).

- Hồ ở mực nước lớn nhất thiết kế (MNLNTK) có xét đến điều kiện rút nước nhanh sau lũ hình thành do khai thác bình thường.

- Mực nước lên xuống hàng ngày đối với hồ chứa khai thác thủy điện tích năng.

5.1.2  Điều kiện làm việc không bình thường (hoặc đặc biệt), gồm một trong các trường hợp sau:

- Thời kỳ thi công, sửa chữa hoặc tháo cạn hồ.

- Hồ ở mực nước lớn nhất kiểm tra (MNLNKT) có thể hình thành thấm ổn định ở trong khối đắp hạ lưu và dòng thấm không ổn định ở trong khối đắp mái thượng lưu khi mực nước rút.

- Mực nước hồ cần rút nhanh từ MNLNTK hoặc từ MNDBT xuống đến mực nước đảm bảo cho đầu mối không xảy ra sự cố vỡ đập.

...

...

...

- Có động đất khi hồ ở MNDBT.

5.2  Cấp công trình và hệ số an toàn nhỏ nhất

5.2.1  Cấp công trình của đập được xác định theo quy định hiện hành.

5.2.2  Hệ số an toàn nhỏ nhất về ổn định chung của mái và các bộ phận trên mái, ổn định chung của hệ đập - nền trong các điều kiện làm việc được quy định trong Bảng 1.

Bảng 1 - Hệ số an toàn nhỏ nhất về ổn định chung của đập [K]

Điều kiện làm việc

Cấp đập

Đặc biệt

I

...

...

...

III

IV

Bình thường (cơ bản)

1,50

1,35

1,30

1,25

1,25

Không bình thường (đặc biệt)

...

...

...

1,22

1,17

1,13

1,13

Thi công và sửa chữa

1,43

1,28

1,24

1,19

...

...

...

5.2.3  Với những đập có chiều cao trên 20 m mà địa chất nền quá phức tạp hoặc xét thấy sự cố đập có thể gây tác động nguy hại đến an toàn dân sinh, quốc phòng, cho phép đề xuất nâng hệ số an toàn và trình cấp có thẩm quyền quyết định.

5.3  Yêu cầu về khảo sát địa chất công trình

5.3.1  Công tác khảo sát địa chất công trình nền đập tuân thủ theo TCVN 8477, tùy thuộc giai đoạn lập dự án và thiết kế để đề ra nội dung yêu cầu khảo sát nhằm đánh giá đầy đủ các điều kiện sau:

1) Cấu tạo địa tầng nham thạch nền đập trong vùng chịu ảnh hưởng cho đến lớp cách nước;

2) Các chỉ tiêu cơ lý, lực học của các lớp nham thạch ở nền. Trường hợp nền là lớp bồi tích thì phải đánh giá về khả năng xói ngầm trong nền và ở các vị trí đặc biệt như ở chân khay, chân cừ, vùng tiếp giáp các khối, các lớp, vị trí ra của dòng thấm và các yếu tố khác. Với nền đá cần đánh giá khả năng xói ngầm gây xói và mất nước ở vùng có đứt gãy hoặc các lớp kẹp mềm yếu;

3) Các đứt gãy và tình trạng hoạt động của nó, các kẽ nứt lớn, cấp động đất, có khả năng xảy ra sự cố hoặc mất nước qua nền khi dâng chứa nước, khả năng gây xói tiếp xúc qua thân và nền do nước thấm qua khe nứt ở nền;

4) Khả năng và cường độ thoái hóa, biến chất của các loại nham thạch ở nền và vùng lộ thiên sau khi xây dựng công trình (tức là độ bền và ổn định của nham thạch khi tăng hoặc giảm tải và tiếp xúc với nước ở chế độ khai thác lâu dài);

5) Khuyến nghị cho thiết kế về biện pháp xử lý nền thích hợp để đảm bảo và tăng cường khả năng chịu lực, chống thấm và chống thoái hóa cho nham thạch ở nền đập, vùng hở ngoài đập.

5.3.2  Điều kiện địa chất nền đập có ảnh hưởng quyết định đến việc lựa chọn vị trí tuyến đập, loại hình kết cấu đập và sự an toàn lâu dài của đập. Do vậy, khảo sát nền đập phải đảm bảo các yêu cầu sau:

...

...

...

- Cần làm rõ mức độ phong hóa, độ bền chịu nén, chống cắt, tính thấm nước và độ bền thấm, tính chất hòa tan khoáng vật của nham thạch, tình hình nứt nẻ và chất lấp nhét là hạt nhỏ dễ bị rửa trôi, các lớp xen kẹp mềm yếu và các đứt gãy có thể bị phá hủy do thấm hoặc bão hòa nước; kiến tạo trong vùng nền đập; hiện tượng karst nếu là nền đá vôi, độ dốc ổn định tự nhiên của mái ở các vai bờ đập, để có biện pháp xử lý thích hợp theo quy định tại điều 6 của tiêu chuẩn này;

- Khi vai bờ là mái đá cao, để đảm bảo ổn định lâu dài và an toàn trong khi thi công cần đề xuất xử lý để có độ dốc thoải hơn đồng thời lưu ý đề xuất các giải pháp bảo vệ mặt đã áp dụng thành công trong vùng.

2) Đối với nền không phải là đá:

- Cần làm rõ nguồn gốc thành tạo, chiều dày, độ nghiêng, thành phần cấp phối hạt, tính thấm nước, độ ép lún, khả năng chịu tải, khả năng sụt lở tiềm ẩn khi bão hòa, khả năng bị xói ngầm, độ bền chống cắt của các địa tầng và độ dốc các vai bờ đập và các yếu tố khác để đánh giá độ ổn định và biến dạng của nền từ đó đề ra biện pháp xử lý thích hợp theo quy định tại điều 9 của tiêu chuẩn này. Khi đất nền đập có chứa các tạp chất hòa tan trong nước vượt quá tiêu chuẩn nêu tại điều 9.1 của tiêu chuẩn này thì chỉ được phép xây dựng khi có các nghiên cứu chuyên đề và giải pháp phòng ngừa tin cậy, sau khi đã tiến hành công tác nghiên cứu thí nghiệm;

- Các nền cuội sỏi, nền á sét hoặc cát mịn, nền sét, nền không đồng nhất không có các khuyết tật lớn ảnh hưởng đến tính kinh tế và an toàn của công trình, đều có thể làm nền cho các loại hình đập đất đàm nén sau khi đã xử lý bằng các biện pháp thích hợp theo quy định tại điều 9.2 của tiêu chuẩn này;

- Đối với nền cuội sỏi cần chú ý tính thấm nước lớn và khả năng lôi kéo vật liệu khối đắp của chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo các quy định tại điều 9.2 của tiêu chuẩn này;

- Đối với nền á sét hoặc cát mịn cần chú ý tính lún không đều, sụt lở đất tiềm ẩn khi bão hòa, tính thấm nước, khả năng xói ngầm, khả năng hóa lỏng của cát mịn và xói mòn khối đắp hạ lưu trên chúng để có biện pháp xử lý thích hợp theo quy định tại điều 9.2 của tiêu chuẩn này;

- Đối với nền không đồng nhất, cần chú ý chiều dày và các tính chất cơ lý lực học của các địa tầng để có thiết kế kết cấu đập thích hợp.

5.3.3  Công tác điều tra khảo sát vật liệu

...

...

...

2) Các mỏ vật liệu đất cần ưu tiên khảo sát chủ yếu trong lòng hồ, hạn chế lầy đất ở hạ lưu ở mức thấp nhất, không được lấy các lớp đất có tác dụng chống thấm phủ trên nền cát cuội sỏi và hang động ở trong vùng (hồ) tích nước. Khi khảo sát xác định các mỏ vật liệu đắp đập cần lưu ý:

- Không nên lấy vật liệu đắp ở các đồi núi có tác dụng chắn sóng bảo vệ vùng bờ hồ thượng lưu đập;

- Không được khai thác các mỏ đất nằm gần đập, ở dưới cao trình đỉnh đập trong phạm vi 10H_max tính từ chân đập về phía thượng hạ lưu và hai vai đập, trong đó H_max là chiều cao lớn nhất của đập.

3) Khối lượng khảo sát vật liệu theo các cấp A, B, C và hệ số dự trữ vật liệu tùy theo giai đoạn thiết kế, tuân thủ theo TCVN 8477.

4) Trong quá trình khảo sát cần lấy đầy đủ các loại mẫu đất có tính chất đại biểu cho từng lớp đất ở các mỏ và tại vị trí các hố móng công trình để thí nghiệm các tính chất cơ lý, lực học, hóa học của đất đá. Đối với đất đặc biệt cần phải làm các thí nghiệm bổ sung nhằm xác định tính trương nở, co ngót, lún ướt, áp lực kẽ rỗng. Đối với đất có chứa vật liệu thô sỏi, dăm sạn, cần thí nghiệm trên mẫu lớn thích hợp.

5.4  Yêu cầu về thiết kế

5.4.1  Đập đất phải đáp ứng yêu cầu ổn định trong mọi điều kiện làm việc, từ thời gian thi công đến khai thác sử dụng.

5.4.2  Đập đất phải được đảm bảo điều kiện ổn định thấm trong nền đập, thân đập, hai vai đập vùng bờ tiếp giáp và mang các công trình xây đúc đặt trong đập để không gây ra thấm vượt quá lưu lượng và vận tốc cho phép, gây xói ngầm, bóc cuốn trôi vật liệu uy hiếp tính bền vững và tuổi thọ công trình.

5.4.3  Đập đất phải có đủ độ cao an toàn có tính đến chiều cao phòng lún của nền và thân đập.

...

...

...

5.4.5  Đối với các dự án sửa chữa, nâng cấp đập cần đánh giá hiện trạng công trình thông qua các biểu hiện hư hỏng và sự cố như:

- Sạt, trượt mái đập (thượng, hạ lưu) và nền đập;

- Lún, sập cục bộ ở mặt đập;

- Thấm mạnh hoặc trôi đất ở nền đập, ở một phần nền tiếp giáp với hạ lưu đập;

- Thấm hoặc đùn nước ở mái đập;

- Thấm hoặc đùn nước ở vai đập;

- Thấm hoặc đùn nước ở phần tiếp giáp giữa đập và mang công trình (cống, tràn xả lũ);

- Lún hoặc chênh lệch lún quá mức cho phép;

- Có hiện tượng mái chuyển vị về phía thượng, hạ lưu hay nền bị đẩy trồi;

...

...

...

- Vỡ đập: Đập bị phá hoại không còn khả năng giữ nước;

- Chất lượng đất đắp ở các vị trí điển hình;

- Chất lượng và hiện trạng của các bộ phận đập;

- Chất lượng của vùng tiếp giáp đập với bờ vai, vùng thượng hạ lưu, với các công trình bê tông trong đập.

5.5  Các yêu cầu kỹ thuật khác

5.5.1  Khi chọn hình thức đập cần xem xét đầy đủ tính tương thích của dạng đập dự kiến với các yếu tố sau, thông qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định:

- Điều kiện địa hình, địa chất: Chủ yếu xem xét địa hình vùng tuyến, đặc trưng các nham thạch nền và tầng phủ, cấp động đất;

- Vật liệu đắp: trữ lượng các chủng loại, vị trí và điều kiện khai thác vận chuyển nhằm tận dụng tất cả vật liệu sẵn có, đặc biệt là vật liệu nằm ở lòng hồ trong đó chú ý trữ lượng và chất lượng vật liệu làm bộ phận chống thấm;

- Điều kiện thi công: Cần xem xét điều kiện khí tượng thủy văn; mặt bằng thi công; trang thiết bị và điều kiện vận chuyển, vận hành của thiết bị thi công; trình độ cùng năng lực thi công mà các nhà thầu có thể đáp ứng được để phân tích thuận lợi - khó khăn sẽ gặp phải trong dẫn dòng, dẫn thoát lũ thời kỳ thi công, đắp đập, làm căn cứ cho việc lập tiến độ và phân đợt, phân đoạn thi công, cường độ đắp đập và các yêu cầu khác;

...

...

...

- Điều kiện khai thác vận hành liên quan đến nhiệm vụ công trình: tình hình dao động mực nước thượng hạ lưu liên quan đến cấp nước, giao thông thủy, dân sinh; yêu cầu bảo vệ vùng hạ lưu; yêu cầu chống lũ và các yêu cầu khác;

- Tổng khối lượng, thời gian xây dựng, tiến độ thi công và tổng giá thành của đập đất và cụm công trình đầu mối.

5.5.2  Khi lựa chọn kết cấu mặt cắt ngang đập, nên dựa vào các khuyến cáo sau:

- Đập đất đồng chất chỉ nên áp dụng khi ở khu vực công trình có một loại đất đắp tương đối dồi dào, đáp ứng các điều kiện quy định tại điều 5.4 của tiêu chuẩn này;

- Đập nhiều khối là xu thế chung cho loại hình đập đất đã được xây dựng ở nhiều nước trên Thế giới và phổ biến ở nước ta do tận dụng triệt để các loại đất đá sẵn có tại khu vực xây dựng công trình kể cả đất đá đào thải từ các hố móng, đảm bảo ổn định và bền vững.

5.5.3  Yêu cầu đối với các công trình xây đúc có ảnh hưởng đến an toàn và kinh tế của đập:

- Các công trình xây đúc liên kết với đập thông thường gồm: Công trình tháo nước (tràn, đường hầm, cống xả cát, âu thuyền), công trình lấy nước (cống ngầm có áp hoặc không áp, bằng bê tông cốt thép hoặc ống thép bọc bê tông) và đập bê tông;

- Thiết kế, xây dựng các loại công trình xây đúc liên kết với đập phải đảm bảo an toàn và bền vững cho đập đất và cho cả cụm công trình đầu mối, bằng các biện pháp theo quy định tại điều 12.2 của tiêu chuẩn này.

5.5.4  Các yêu cầu về môi trường, cảnh quan và thẩm mỹ:

...

...

...

1) Gây ô nhiễm dòng chảy quá mức cho phép của sông, suối do việc thi công các hố móng công trình, khai thác các mỏ vật liệu và đắp đất, san lấp mặt bằng và sinh hoạt ăn ở của người làm việc trên công trường. Nói chung nước thải cần được xử lý, giảm thiểu bụi và tiếng ồn trên công trường;

2) Thay đổi cảnh quan khu vực xây dựng theo chiều hướng xấu đi do các hoạt động phát quang, khai thác gia công vật liệu, đào móng và các bãi thải. Cần quy hoạch và đầu tư để tái tạo thành nơi có thể trồng trọt hoặc nuôi trồng thủy sản sau khi công trình hoàn công;

3) Các mỏ vật liệu xây dựng sau khi khai thác cần phải san trả mặt bằng;

4) Việc khai thác mỏ vật liệu cát cuội sỏi dễ gây ra xói lở bờ, lòng sông suối sau này, cần xem xét để phòng tránh, hạn chế các diễn biến xấu do khai thác vượt quá mức cho phép;

5) Toàn bộ cụm công trình đầu mối sau khi hoàn thành cần đảm bảo thẩm mỹ xây dựng và phù hợp với cảnh quan, thuận lợi cho công tác quản lý vận hành và bảo vệ công trình.

5.5.5  Thiết kế phân đợt, phân đoạn thi công đập đất

1) Đập đất thường có khối lượng đào đắp lớn, phải thi công trong nhiều năm, mùa mưa có thời đoạn phải ngừng thi công, do đó thiết kế cần nghiên cứu phân đợt thi công và biện pháp bảo vệ và xử lý nhằm tránh mọi hư hỏng và sự cố tại các mặt nối tiếp hoặc các khe thi công.

2) Việc phân đợt, phân đoạn thi công cần căn cứ tình hình cụ thể của công trình như: loại hình đập, điều kiện địa chất nền đập, năng lực tổ chức thi công, các bộ phận chống thấm và tiêu thoát nước, mực nước lũ trong các giai đoạn thi công, để xác định. Nói chung, cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

- Cao trình đỉnh đập đắp được phải vượt mực nước lũ tính toán với tần suất thiết kế tương ứng với cấp đập đắp dở tại thời điểm thi công với chiều cao an toàn (a) quy định tại điều 10.1.3 của tiêu chuẩn này;

...

...

...

- Không được tạo ra các khe thi công đắp đất trên mặt bằng liên thông từ thượng lưu về hạ lưu;

- Khi bảo vệ mái đập thượng lưu cần thi công phù hợp với yêu cầu ngăn lũ và tích nước hồ;

- Khi cần thiết kế khối gia tải (KGT) tăng ổn định nền và chân khay (CK) hạ lưu thì cần coi nó như một bộ phận của mặt cắt đập chính thức để tiến hành thiết kế. Đỉnh của khối gia tài này phải nằm trên điểm ra của đường bão hòa mặt cắt đập thi công đợt 1.

3) Khi ngăn dòng cần chú ý tính toán các vấn đề sau:

- Cần kiểm tra ổn định của đoạn đập đất thi công trong giai đoạn này, do phải thi công nhanh để vượt lũ, trong thân và nền đập có khả năng xuất hiện áp lực kẽ rỗng lớn, nhất là đối với đập đất đồng chất và đập có lõi dày và với đất có độ ẩm cao;

- Đoạn đập này nên thiết kế mái dốc có thông số biểu đạt là m ≥ 3 (hệ số mái), hoặc 1/m ≥ 1/3 (độ dốc mái) để đảm bảo tiếp giáp tốt giữa các khối tránh phát sinh nứt theo chiều ngang đập, nếu dốc hơn (m < 3 hoặc 1/m < 1/3) thì phải có biện pháp đầm nén đạt độ chặt cao hơn so với khối đắp đại trà.

4) Công tác dọn sạch hố móng đập cần thực hiện phù hợp với tiến độ thi công. Các bộ phận chống thấm nền đập (sân phủ, tường chống thấm) phải hoàn thành toàn bộ phần nằm dưới mực nước tích tương ứng.

5) Tiến độ đắp đập cần phù hợp với tính chất từng loại vật liệu trong thân đập và tính chất nền đập để đảm bảo đập không bị phá hoại trong quá trình thi công do:

- Nền bị lún đột ngột đối với nền mềm yếu;

...

...

...

- Áp lực kẽ rỗng trong đập tăng làm giảm ứng suất hiệu quả, nhất là đất có hệ số thấm nhỏ và hệ số nén lún lớn;

- Khi thiết kế tổ chức và biện pháp xây dựng cần khống chế tốc độ lên đập đối với từng khu vực đập và nền cụ thể.

5.5.6  Khi lập dự án đầu tư xây dựng và thiết kế sửa chữa hoặc nâng cấp công trình đập đất cần phù hợp tiêu chuẩn này và tuân thủ các nguyên tắc sau:

- Khảo sát đánh giá hiện trạng công trình (hiện trạng địa hình, địa chất thân, nền đập, hiện trạng làm việc của đập cũ và các công trình có liên kết với đập);

- Cập nhật số liệu về lũ và tính toán lại khả năng xả lũ của công trình tháo nước hiện có, nhu cầu cấp nước và khả năng đáp ứng của công trình theo yêu cầu mới, để kiểm tra lại quy mô và kích thước đập và các hạng mục trong cụm công trình đầu mối;

- Tính toán lại về ổn định thấm và trượt, ứng suất và biến dạng của đập theo hiện trạng và theo yêu cầu của nhiệm vụ dự án nâng cấp tôn cao đập;

- Khi nâng cấp theo hình thức tôn cao đập đất hiện có thường dùng biện pháp tôn cao đắp dày về một phía thượng hoặc hạ lưu. Không nên dùng biện pháp tôn cao kiểu đội mũ (tức ốp cả hai phía và ốp lên đỉnh đập), nếu phải áp dụng biện pháp này cần có luận chứng đầy đủ về kinh tế và kỹ thuật.

6  Bố trí chung của đập và các hạng mục công trình liên quan

6.1  Bố trí chung của đập trong cụm công trình đầu mối

...

...

...

- Đảm bảo đầy đủ các yêu cầu, nhiệm vụ của dự án và tận dụng tối đa các lợi thế tự nhiên và xã hội khu vực xây dựng công trình;

- Loại trừ dòng chảy có vận tốc lớn chảy dọc theo mái thượng lưu hoặc dòng nước xói vào chân mái hạ lưu đập;

- Khả năng tận dụng đê quai vào trong thân đập;

- Khả năng phân đoạn, phân đợt để dẫn dòng thi công một phần hay toàn bộ lưu lượng của sông khi đang xây dựng được thuận lợi.

6.2  Bố trí các hạng mục công trình khác có liên quan

6.2.1  Công trình tháo nước (công trình xả ở đáy, xả lưu lượng lũ thi công hoặc lũ khai thác) và công trình lấy nước (tưới, công nghiệp) nên bố trí tách rời đập đất (có nghĩa là đập riêng tràn riêng, không lẫn vào nhau trên mặt cắt ngang có nước tràn qua). Trường hợp phải bố trí trong thân đập thì nên đặt các công trình đó trực tiếp trên nền đất nguyên thổ ổn định (nền có khả năng chịu lực cao và biến dạng ít đáp ứng được yêu cầu về độ ổn định, độ bền và biến dạng của kết cấu), đồng thời phải thực hiện các biện pháp kết cấu đặc biệt để phòng chống thấm dọc công trình theo các quy định tại điều 12.2 của tiêu chuẩn này.

6.2.2  Công trình lấy nước là cống ngầm có thể bố trí trong thân đập nhưng phải đặt trực tiếp trên nền đất nguyên thổ hoặc đào rãnh đặt trong nền (không đặt trên nền đất đắp) với điều kiện sức chịu tải đất nền và biến dạng của cống thỏa mãn yêu cầu trong tính toán thiết kế, đồng thời phải thực hiện các biện pháp và kết cấu đặc biệt đủ để phòng chống thấm tiếp giáp dọc theo công trình theo quy định tại điều 12.2 của tiêu chuẩn này.

6.2.3  Khi bố trí công trình lấy nước có áp trong thân đập nên áp dụng các kết cấu sau:

- Ống thép tròn bọc bê tông đối với đập thấp, lưu lượng lấy nước nhỏ;

...

...

...

6.2.4  Khi điều kiện tự nhiên thuận lợi, nên bố trí đường hầm tháo nước hoặc cống xả đáy để sử dụng cả trong dẫn dòng thi công và tháo lũ, xả cạn hồ khi cần thiết trong khai thác nhưng phải có biện pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn cho đập và các hạng mục công trình liền kề (nếu có).

6.2.5  Tuyến đập đất cần căn cứ điều kiện địa hình và khả năng tạo hồ, địa chất công trình vùng tuyến, loại hình đập dự kiến, biện pháp xử lý nền, bố trí các hạng mục công trình trong cụm công trình đầu mối, qua so sánh kinh tế kỹ thuật để quyết định.

7  Vật liệu đắp đập

7.1  Yêu cầu về vật liệu đắp đập

Vật liệu đắp đập cần phải thỏa mãn các yêu cầu làm việc của các bộ phận trong thân đập, cụ thể là:

1) Vật liệu đắp đập đất đồng chất phải là đất cùng loại có các chỉ tiêu cơ lý, lực học gần giống nhau. Vật liệu làm bộ phận lọc tiêu thoát nước phải thỏa mãn các yêu cầu quy định tại điều 7.2.5 và 8.5 của tiêu chuẩn này.

2) Các vật liệu dùng trong đập đất đầm nén nhiều khối, ngoài việc phải đảm bảo các yêu cầu chung về tính bền vững và tính chịu lực còn phải thỏa mãn các yêu cầu khác của từng bộ phận trong thân đập, chủ yếu các bộ phận sau:

- Bộ phận chống thấm: Vật liệu phải thỏa mãn yêu cầu chống thấm và đảm bảo tính bền vững lâu dài;

- Bộ phận chuyển tiếp: Ngoài các yêu cầu chung, vật liệu ở các bộ phận này cần có cấp phối hạt phù hợp để không cho vật liệu của hai khối di chuyển vào các kẽ rỗng của nhau trong quá trình làm việc;

...

...

...

- Bộ phận lọc tiêu thoát nước: Phải đảm bảo lọc và dẫn nước thấm trong (qua) thân đập, nền và vai đập về hạ lưu. Không cho phép nước thấm thoát ra trên mái đập.

7.2  Lựa chọn vật liệu

7.2.1  Nguyên tắc chọn vật liệu đắp đập:

1) Các vật liệu đất đá bao gồm cả sản phẩm phong hóa hoàn toàn, phong hóa vừa đều có thể dùng để đắp đập. Tuy nhiên, vật liệu đắp phải đảm bảo yêu cầu về tính bền vững, tính chịu lực và chống thấm phù hợp với điều kiện làm việc của các bộ phận trong thân đập.

2) Các loại đất sau không được dùng để đắp đập trừ trường hợp rất đặc biệt khi có luận chứng tin cậy và biện pháp xử lý thích hợp:

- Đất có hàm lượng tạp chất hòa tan của các muối clorua lớn hơn 5%, của các muối sunphat hoặc muối sunphat clorua lớn hơn 10 % tính theo trọng lượng:

- Đất có hàm lượng chất hữu cơ chưa phân hủy hết lớn hơn 5% hoặc có chất hữu cơ đã phân hủy hoàn toàn ở trạng thái không định hình lớn hơn 8% tính theo trọng lượng:

- Đất cát mịn, đất bụi nặng, đất sét nặng.

7.2.2  Đất dùng làm bộ phận chống thấm cần thỏa mãn các yêu cầu sau:

...

...

...

2) Chỉ số dẻo (Pl) bằng từ (7 đến 20) % và tính ổn định thấm tốt (có gradient chống thấm cao);

3) Sự thay đổi thể tích khi bão hòa nước hoặc khô tương đối thấp đảm bảo: độ lún sập không lớn hơn 1%: độ trương nở không lớn hơn 8%; độ co ngót không lớn hơn 1% và không ảnh hưởng đến chỉ tiêu độ bền và biến dạng của đập.

7.2.3  Khi vật liệu khan hiếm phải dùng loại đất sét có tính trương nở để đắp đập và làm vật liệu chống thấm trong đập, cần bố trí mặt cắt đập hợp lý và áp dụng một hoặc một số biện pháp sau để đảm bảo đập ổn định. Các tính chất cơ lý và đặc tính trương nở, co ngót phải thông qua chuyên đề nghiên cứu riêng để xác định và cần chú ý:

- Đắp lớp bảo vệ và gia tải lên trên tạo áp lực ngoài lớn hơn áp lực trương nở (theo áp lực hiệu quả);

- Giảm nhẹ dung trọng khô nhưng độ chặt (K) không được thấp hơn 0,95; tăng độ ẩm đất đắp lên trên (2 đến 3) % so với độ ẩm tối ưu (W_op).

7.2.4  Vật liệu đắp khối gia tải bảo vệ bộ phận chống thấm và các bộ phận chuyển tiếp phải đảm bảo sự ổn định của đập và phải có cường độ chống cắt, chống nén tương đối cao. Phần ở dưới nước của mái hạ lưu và phần ở khu vực dao động mực nước của mái thượng lưu nên đắp bằng vật liệu có tính thấm nước lớn hơn so với bộ phận khối đất được bảo vệ.

Các loại vật liệu rời như cát, đá sỏi, sạn, đá dăm và đá khai thác từ mỏ hoặc đất đá đào thải từ các hố móng công trình đều có thể dùng làm các lớp gia tải, hoặc làm khối gia tải hạ lưu trong đập nhiều khối. Ngoài ra, căn cứ vào tính chất của chúng để sử dụng thích hợp vào các bộ phận khác nhau trong thân đập nhiều khối.

7.2.5  Vật liệu làm tầng lọc ngược, tầng chuyển tiếp phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

1) Cấp phối hạt phù hợp, hàm lượng hạt có đường kính nhỏ dưới 0,1 mm không được lớn hơn 5 %;

...

...

...

3) Không bị phong hóa, bị nước ăn mòn;

4) Vật liệu làm tầng lọc thường là sỏi, cát sạn thiên nhiên và qua sàng tuyển, nếu thiếu có thể dùng hỗn hợp cát đá xay nhưng phải dùng loại đá có tính kháng phong hóa và không bị hòa tan.

7.3  Các đặc trưng cơ lý của nền và vật liệu đắp đập

7.3.1  Để thiết kế đập được an toàn và kinh tế cần tiến hành khảo sát và thí nghiệm địa kỹ thuật, địa chất thủy văn cho nền đập và vật liệu đắp đập nhằm xác định các đặc trưng liên quan đến quy trình thiết kế đập.

7.3.2  Các đặc trưng cơ lý của nền đập được thực hiện theo các quy định hiện hành về nền công trình thủy công.

7.3.3  Các đặc trưng cơ lý của đất dính, đất rời sử dụng để đắp đập cần xác định bao gồm:

1) Thành phần hạt;

2) Độ ẩm tự nhiên của đất ở mỏ ứng với các mùa điển hình trong năm W₀;

3) Độ ẩm đất đắp W_đ;

...

...

...

5) Tỷ trọng hạt của đất đắp (Δ);

6) Độ ẩm tối ưu của đất đắp W_đ.opt và dung trọng khô lớn nhất của đất đắp γ_Kmax. Với đất có sét thí nghiệm xác định các đại lượng này có xét đến công năng của thiết bị đầm sẽ sử dụng;

7) Giới hạn chảy W_L và giới hạn dẻo W_p của đất có sét. Khi cần thiết còn phải xác định độ ẩm phân tử lớn nhất W_m cũng như thành phần khoáng vật của sét;

8) Các đặc trưng độ bền bao gồm góc ma sát trong (φ), lực dính đơn vị (C) cũng như độ bền chịu kéo một trục s_t (cho trường hợp cần kiểm tra độ bền nứt của bộ phận chống thấm của đập bằng đất sét) được xác định từ kết quả thí nghiệm cắt trực tiếp đối với các đập từ cấp III trở xuống (trừ đất nền hoặc đất đắp có tính chất đặc biệt) và bằng các thí nghiệm cắt tương ứng khác (ba trục) được nêu trong Bảng 2 đối với các đập từ cấp II trở lên.

Với các khối đập sử dụng vật liệu hạt thô có d > 4,76 mm (đất dăm sạn, đất vụn hạt lớn, vật liệu đất đá khai thác từ hố móng, vật liệu đá) cần phải tiến hành các thí nghiệm trên các mẫu lớn và thí nghiệm hiện trường để xác định các chỉ tiêu tương ứng phù hợp nêu trong Bảng 2. Tùy thuộc vị trí của khối đắp trong thân đập mà xác định các đặc trưng bền theo các trạng thái ẩm:

- Với khối đất đắp nằm trên đường bão hòa cân phải xác định các chỉ tiêu cơ lý ứng với độ ẩm lớn nhất có thể phát sinh trong khối này có xét đến phạm vi đất bị mao dẫn;

- Với khối đắp luôn nằm dưới đường bão hòa thì cần phải xác định chỉ tiêu cơ lý đối với trạng thái đất đắp bị bão hòa hoàn toàn;

- Trong quá trình lên đập, tùy điều kiện thực tế để phân định vị trí đường bảo hòa hình thành trong mặt đập đắp dở để quyết định chỉ tiêu cơ lý khối đắp áp dụng trong tính toán kiểm tra ổn định.

9) Tính biến dạng của đất đắp: Hệ số nén lún a, mô đun biến dạng E và hệ số nở hông (ngang);

...

...

...

11) Chỉ số độ bền thấm của đất đắp bao gồm gradient cột nước tới hạn trồi đất J_ghtđ, gradient cột nước tới hạn xói ngầm J_ghx, gradient cột nước tới hạn xói tiếp xúc J_ghtx và vận tốc thấm giới hạn V_gh;

12) Chỉ tiêu lún sụt của đất lún ướt;

13) Các đặc trưng trương nở co ngót của đất có sét;

14) Để thiết kế đập từ cấp I trở lên ngoài các đặc trưng đất đá đắp đã nêu tại điều 7.3 của tiêu chuẩn này, đồng thời cần phải xác định thêm các đặc trưng sau:

- Khi sử dụng vật liệu thô: dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đá để đắp đập cần phải xác định độ bền chịu nén tính toán của khối đắp và hệ số biến mềm của nham thạch gốc;

- Hệ số thấm theo phương đứng và phương ngang của đất đắp có tính sét với hàm lượng trên 15%.

- Giá trị tính toán và giá trị tiêu chuẩn, các đặc trưng của đất đắp cần được xác định bằng phương pháp xử lý thống kê các kết quả nghiên cứu trong phòng và hiện trường theo các quy định hiện hành về thiết kế nền công trình thủy công.

Bảng 2 - Xác định phương pháp thí nghiệm chỉ tiêu kháng cắt của đất có d ≤ 4,76 mm

Điều kiện làm việc của đập

...

...

...

Loại đất

Máy sử dụng

Phương pháp thí nghiệm và ký hiệu

Chỉ tiêu cường độ

Trạng thái ban đầu của mẫu

(1)

(2)

(3)

(4)

...

...

...

(6)

(7)

Thời kỳ thi công

Phương pháp ứng suất hữu hiệu

Đất rời

Cắt trực tiếp

Cắt chậm

C, ϕ

Đất đắp dùng mẫu đất có độ ẩm và γ khô thiết kế. Đất nền là đất nguyên thổ

...

...

...

Cắt cố kết - thoát nước (CD)

Đất dính

Độ bão hòa nhỏ hơn 80%

Cắt trực tiếp

Cắt chậm

3 trục

Cắt không cố kết - không thoát nước (UU)

Độ bảo hòa lớn hơn 80%

Cắt trực tiếp

...

...

...

3 trục

Cắt cố kết - không thoát nước (CU), đo áp lực kẽ rỗng

Phương pháp ứng suất tổng

Đất dính

Hệ số thấm <10^-7 cm/s

Cắt trực tiếp

Cắt nhanh

C_uu, ϕ_uu

...

...

...

3 trục

Cắt không cố kết - không thoát nước (UU)

Thời kỳ dòng thấm ổn định

Phương pháp ứng suất hữu hiệu

Đất rời

Cắt trực tiếp

Cắt chậm

C, ϕ

...

...

...

3 trục

Cắt cố kết - thoát nước (CD)

Thời kỳ mực nước hồ chứa rút nhanh

Đất dính

Cắt trực tiếp

Cắt chậm

3 trục

Cắt cố kết - không thoát nước, đo áp lực kẽ rỗng (CU)

Phương pháp ứng suất tổng

...

...

...

3 trục

C_cu, ϕ_cu

8  Lựa chọn các chỉ tiêu đầm nén

8.1  Các yếu tố quyết định đến việc lựa chọn chỉ tiêu đầm nén thiết kế

Chỉ tiêu đầm nén thiết kế phải được xác định căn cứ theo kết quả nghiên cứu tổng hợp các yếu tố sau:

1) Loại hình đập và vị trí các bộ phận khác nhau trong thân đập;

2) Đặc trưng đầm chặt của vật liệu và thiết bị đầm nén được sử dụng;

3) Quan hệ giữa dung trọng khô và độ ẩm với các tính chất lực học của đất đắp, và các yêu cầu của thiết kế đối với các tính chất lực học của vật liệu;

4) Dung trọng khô thiên nhiên, độ ẩm thiên nhiên của vật liệu đất, và khả năng xử lý làm khô hoặc tăng ẩm tại hiện trường;

...

...

...

6) Cấp đập đất thiết kế và tác dụng của các tải trọng khác;

7) Cường độ và tính ép lún của đất nền đập;

8) Ảnh hưởng của tiêu chuẩn đầm nén đối với giá thành và mức độ khó dễ cho thi công.

8.2  Mục đích của đầm nén

Mục đích của đầm nén chặt đất đắp thân đập là để nâng cao độ chặt và độ đồng đều đất đắp làm cho đất đắp có cường độ kháng cắt đầy đủ và độ co ngót ít, không phát sinh nứt thân đập, không gây ra biến dạng không đều, thỏa mãn yêu cầu chống thấm và độ bền thấm từ đó thiết kế được mặt cắt đập là hợp lý và kinh tế.

8.3  Tiêu chuẩn đầm nén

8.3.1  Tiêu chuẩn đầm nén của đất dính

Tiêu chuẩn đầm nén đối với đất dính được thể hiện ở ba chỉ tiêu chủ yếu là độ chặt, dung trọng khô thiết kế và độ ẩm thích hợp như sau:

1) Độ chặt của khối đắp theo yêu cầu thiết kế (còn gọi là hệ số đầm nén thiết kế) là tỉ số của dung trọng khô thiết kế yêu cầu đất đắp ở thân đập (γ_KTK) với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm nén đất trong phòng thí nghiệm (γ_Kmax xác định theo tiêu chuẩn TCVN 4201) như công thức (1).

...

...

...

Đối với đất dính có chứa hạt dăm sạn d ≤ 4,76 mm, γ_Kmax được xác định bằng phương pháp đầm nén

Proctor tiêu chuẩn; Khi đất dính có chứa lượng dăm sạn có d > 4,76 mm, γ_Kmax cần được xác định bằng phương pháp thích hợp do tư vấn thiết kế đề xuất và được cấp có thẩm quyền quyết định.

- Với đập từ cấp III trở xuống: K ≥ 0,95.

- Với đập từ cấp II trở lên và đập xây dựng ở vùng có khả năng xảy ra động đất từ cấp VII trở lên: K ≥ 0,97;

- Khi quyết định lựa chọn độ chặt (K) cần xét đến các nội dung sau:

+ Nghiên cứu các đặc tính của vật liệu đất và vị trí của nó trong thân đập;

+ Tải trọng ngoài;

+ Trạng thái ứng suất - biến dạng;

+ Phương pháp đắp và đầm chặt vật liệu, cường độ đắp;

...

...

...

+ Yếu tố vùng có khả năng xảy ra động đất.

Ở các khu vực xây dựng có điều kiện tự nhiên không thuận lợi, đất có tính chất cá biệt mà công tác hạ độ ẩm của đất đắp về độ ẩm thích hợp gặp khó khăn, không đáp ứng được yêu cầu về tiến độ và điều kiện kinh tế thì có thể xem xét đến việc giảm độ chặt khối đất đắp nhưng không thấp hơn 0,95 đồng thời phải có các nghiên cứu chuyên đề để chứng minh rằng sự hạ thấp này không ảnh hưởng đến an toàn đập và khai thác vận hành sau này.

Hình 2 - Biểu đồ quan hệ dung trọng γ_k với độ ẩm W từ kết quả đầm nén tiêu chuẩn

2) Độ ẩm đất đắp (W_đ) là một chỉ tiêu rất quan trọng để đắp đất đạt dung trọng khô thiết kế, được xác định cho mỗi loại đất trên cơ sở độ ẩm tốt nhất (W_opt) tương ứng với dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm thí nghiệm Proctor và giá thành khối đắp. Trên đường cong đầm nén γ ~ W, độ ẩm nằm trong biên độ từ W_min, ở nhánh khô (bên trái) đến W_max ở nhánh ướt (bên phải) có đỉnh ứng với W_opt và γ_Kmax.

Việc lựa chọn độ ẩm thích hợp tùy thuộc tính chất của đất, mùa thi công, và các vùng có điều kiện tự nhiên khác nhau, có thể sơ bộ xác định như sau:

- Độ ẩm thích hợp nằm trong khoảng W_đ = W_opt ± (2 đến 3) %;

- Đối với các đất bình thường (không có tính chất gì đặc biệt), khi thi công vào mùa khô, chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh trái, còn vào mùa mưa, chọn ở nhánh phải.

- Khi biện pháp hạ hoặc tăng độ ẩm có khó khăn, không kinh tế hoặc làm chậm tiến độ thi công có thể phải đắp đất có độ ẩm cao hoặc thấp hơn 3% (không nên vượt quá 4% đến 6%) so với độ ẩm tối ưu nhưng phải có đầy đủ luận chứng tin cậy trên cơ sở đảm bảo được độ ổn định, độ bền, biến dạng nằm trong giới hạn cho phép. Cụ thể là:

...

...

...

- Ở các vùng có số giờ nắng nhiều, độ ẩm không khí thấp, độ ẩm thiên nhiên của đất thấp, nên chọn ở nhánh trái;

- Riêng đối với một số loại có tính chất cơ lý đặc biệt như: co ngót, lún ướt, tan rã hoặc chứa nhiều dăm sạn thì cần phải chọn độ ẩm thích hợp ở nhánh phải.

Về nguyên tắc, trong mọi trường hợp, khi thi công cần có các biện pháp đảm bảo đất đắp có độ ẩm thích hợp, để đạt độ chặt theo thiết kế quy định và phải tuân thủ các quy định trong TCVN 8297.

Trong hồ sơ thiết kế cần ghi hai chỉ tiêu là độ chặt K và dung trọng khô γ_KTK (còn gọi là γ_CKT là chỉ tiêu dễ kiểm tra được tại hiện trường thi công). Chỉ tiêu K và γ_KTK cần quy định cụ thể cho các loại vật liệu trong các bộ phận của thân đập.

8.3.2  Tiêu chuẩn đầm nén của đất rời

Độ rỗng n và độ chặt tương đối D (hoặc l_D) của các vật liệu rời trong khối đắp liên quan đến đường kính hạt lớn nhất và cấp phối của nó, xác định từ kết quả thí nghiệm đầm nén hiện trường thực hiện theo quy định tại các tiêu chuẩn TCVN 8721, TCVN 8729 và TCVN 8730, sơ bộ nằm trong giới hạn sau:

- Khối đắp làm lọc, tầng đệm: n từ (12 đến 15) %;

- Khối đắp trong vùng chuyển tiếp: n từ (18 đến 22) %;

- Khối đắp bằng đá: n từ (20 đến 25) %;

...

...

...

8.4  Xác định dung trọng khô

8.4.1  Xác định dung trọng khô thiết kế của vật liệu đất dính:

Dung trọng khô thiết kế là dung trọng yêu cầu cần phải đầm nén đạt được đồng đều trong đất đắp ở thân đập, được xác định sau khi đã lựa chọn độ chặt theo khoản 1 điều 8.3.1 của tiêu chuẩn này:

γ_KTK = K.γ_Kmax                (2)

trong đó:

K  là độ chặt được quy định theo khoản 1 điều 8.3.1 của tiêu chuẩn này;

γ_Kmax  là dung trọng khô lớn nhất đạt được bằng đầm nén đất trong phòng thí nghiệm ứng với độ ẩm tối ưu, T/m^3.

γ_KTK  là dung trọng khô thiết kế, T/m^3.

8.4.2  Xác định dung trọng khô thiết kế của vật liệu đất rời:

...

...

...

8.5  Lựa chọn chỉ tiêu thiết kế

Trong việc lựa chọn chỉ tiêu thiết kế của đất đắp đập khi lập hồ sơ thiết kế, thiết kế tổ chức và biện pháp xây dựng cần tuân thủ các nguyên tắc sau:

1) Khi sử dụng nhiều loại đất để đắp, nhất thiết không được chọn chỉ tiêu trung bình áp dụng chung cho các loại đất đắp mà phải chọn chỉ tiêu tương ứng cho từng loại đất. Trường hợp thiết kế có quy định trộn một số loại đất có sẵn để đắp đập thì phải có quy trình trộn đất và các chỉ tiêu thiết kế tương ứng của vật liệu đất trộn đó;

2) Khi khối đắp trong đập của một loại vật liệu là đất dính có khối lượng trên 200 000 m^3, cần tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường trước khi thi công để xác định công nghệ đắp thích hợp đảm bảo chất lượng đắp đập theo yêu cầu thiết kế, bao gồm:

- Độ ẩm thích hợp và các biện pháp xử lý độ ẩm;

- Chiều dày thích hợp của lớp đất rải để đầm;

- Thiết bị đầm nén;

- Số lần đầm tối thiểu và tốc độ đầm phù hợp để đạt chỉ tiêu đầm nén thiết kế thì phải tiến hành các thí nghiệm bổ sung và nếu cần phải hiệu chỉnh hồ sơ thiết kế.

3) Đất đắp có chứa trên 10% hàm lượng dăm sạn, đất vụn hòn lớn, đất đá hố móng, đá đất trộn thêm sạn sỏi có khối lượng trên 100 000 m^3 nhất thiết phải tổ chức thí nghiệm đầm nén hiện trường để xác định các thành phần pha trộn, công nghệ đắp và các chỉ tiêu lực học tương ứng. Khi thi công phải có quy trình tuyển chọn, trộn đất (nếu cần) trước khi đưa vật liệu lên đắp đập.

...

...

...

8.6  Vật liệu làm tầng lọc ngược

8.6.1  Vật liệu làm tầng lọc ngược phải phù hợp các điều kiện sau:

1)

15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc

> 5

15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ

2)

15 % cỡ đường kính hạt của vật liệu lọc

...

...

...

85 % cỡ đường kính hạt của vật liệu được bảo vệ

3) Đường cong của cỡ hạt vật liệu lọc là một đường gần song song với đường cong của cỡ hạt vật liệu được bảo vệ.

8.6.2  Thiết kế tầng lọc ngược thực hiện theo các quy định trong tiêu chuẩn TCVN 8422.

9  Nền và vai đập

9.1  Yêu cầu về nền và vai đập

9.1.1  Khảo sát nền đập phải làm rõ các điều kiện địa chất nền để thiết kế bố trí đập lên đó đảm bảo an toàn và bền vững lâu dài. Yêu cầu về khảo sát nền đập nhằm đánh giá được đầy đủ các điều kiện địa chất nền như được nêu trong điều 5.3 của tiêu chuẩn này.

9.1.2 Nền của đập đất đầm nén phải đảm bảo các yêu cầu và cần thiết phải có các biện pháp xử lý để gia cố nền về mặt chịu lực và nhất là về mặt chống thấm đồng thời phải đảm bảo sự liên kết tốt thân đập.

1) Đối với nền đá cần đáp ứng các yêu cầu chung sau:

- Có đủ cường độ chịu lực, nhất là các lớp nham thạch đã phong hóa và đối với các đập cao;

...

...

...

- Tính chống xâm thực, hòa tan của nước trong phạm vi cho phép;

- Sự liên kết bám dính khối đất đắp với nền tốt.

2) Đối với nền không phải là đá như nền bồi tích, cát cuội sỏi cần đảm bảo các yêu cầu chung sau:

- Có đủ cường độ chịu lực, không phát sinh biến dạng quá mức cho phép, nếu cần có biện pháp xử lý cần thiết, và dự báo khả năng chuyển vị lún sau khi xây dựng thân đập;

- Không có xen kẹp giữa các lớp dễ bị nước thấm rửa trôi, hòa tan, hóa lỏng, có khả năng làm giảm sức chịu và tăng biến dạng của nền;

- Không xen kẹp các lớp mềm yếu có khả năng gây trượt trong nền;

- Tính thấm nước và khả năng thấm mất nước trong phạm vi cho phép;

- Khả năng lún ít và lún đều;

- Gradient thủy lực không đủ gây xói ngầm, không bị đẩy nổi dưới áp lực thấm của nước.

...

...

...

- Tầng cát cuội sỏi bồi tích dày;

- Đất mềm yếu, lún ướt;

- Đất cát sỏi tơi xốp, tính dính kém (hàm lượng hạt sét nhỏ dưới 15%);

- Đá hòa tan;

- Có đứt gãy, vỡ vụn, thấm nước mạnh, có lớp kẹp lún bùn, không ổn định;

- Tại vị trí chân đập hạ lưu nền đập thấm nước nhưng lại có lớp phủ ít thấm mỏng kéo dài liên tục.

9.2  Xử lý nền đập

9.2.1  Yêu cầu chung về xử lý nền đập

9.2.1.1  Xử lý nền đập bao gồm công tác tăng cường sức chịu tải và ngăn ngừa hư hỏng khi nền làm việc theo chế độ áp lực thấm mới (xử lý mặt nền bên trên và xử lý sâu trong nền để đảm bảo các yêu cầu về nối tiếp giữa nền và đập) được nêu tại điều 12.1 của tiêu chuẩn này. Khả năng chịu lực của nền, điều kiện ứng suất, biến dạng và độ lún của đập - nền khi chịu tải từ nước mặt - nước ngầm và các khối đắp phía trên, độ bền thấm chung trong nền và độ bền thấm cục bộ ở các vị trí xung yếu, ở khu vực thoát ra hạ lưu và các yếu tố khác, lưu lượng thấm qua nền đập sau khi xử lý phải đảm bảo yêu cầu thiết kế;

...

...

...

9.2.2  Xử lý nền đá

9.2.2.1  Xử lý nền đá thường bao gồm công tác xử lý gia cường mặt nền, đứt gãy và nứt nẻ, tạo màn chống thấm và gia cố các tầng mềm yếu liên tục có phạm vi phân bố rộng, có thế nằm bất lợi đối với các đập cao.

9.2.2.2  Mặt nền cần phải quy định việc bóc bỏ dọn sạch tất cả các sản phẩm đá, vụn nát, long rời, đá tảng mồ côi, đồng thời không được gây ra các long rời mới hoặc làm mở rộng thêm các khe nứt cấu tạo trong khối đá do các biện pháp thi công không phù hợp như nổ mìn lớn gần đó hoặc sử dụng máy công cụ, máy nổ lớn đặt gần mặt nền gây ra.

9.2.2.3  Các mái đá mặt nền và vai đập phải đảm bảo ổn định trong thời gian thi công và sau khi xây dựng công trình trong điều kiện khai thác lâu dài, bề mặt phải được bạt sửa cho bằng phẳng liên tục để giảm lún không đều và tập trung ứng suất trong khối đắp thân đập.

9.2.2.4  Nền ở dưới bộ phận chống thấm (tường nghiêng hoặc tường lõi) đối với đập từ cấp I trở lên tốt nhất đặt trên lớp đá phong hóa nhẹ đến tươi. Cũng có thể đặt trên lớp đá phong hóa vừa, nền đất có cường độ chịu nén cao khi có đầy đủ luận chứng về kinh tế - kỹ thuật để quyết định. Bề mặt nền trong mọi trường hợp không được có hàm ếch, gồ ghề lồi lõm.

9.2.2.5  Nền ở dưới khối đắp bên ngoài tường lõi trong đập nhiều khối ở đập từ cấp I trở lên hoặc nền của bộ phận chống thấm ở đập từ cấp II trở xuống có thể là lớp đá phong hóa vừa đến mạnh. Cũng có thể đặt trên nền phong hóa hoàn toàn nếu đảm bảo điều kiện chịu lực và độ bền thấm.

Trên mặt nền đá, sau khi đã xử lý cần dùng bê tông hoặc vữa xi măng trát bít các kẽ nứt, gồ ghề, nham nhở. Chiều sâu xử lý khe nứt hoặc vụn vỡ của đứt gãy thường lấy từ (1 đến 3) lần chiều rộng.

Trước khi tiến hành khoan phụt tạo màn chống thấm cần đổ tấm bê tông phản áp nhằm bảo đảm chất lượng cho phần màn liên kết với kết cấu chống thấm của đập (tường lõi hoặc tường nghiêng). Tầm bê tông phản áp này có chiều dày không nhỏ hơn 0,3 m.

9.2.2.6  Trong nền đá phong hóa nứt nẻ có nhiều khả năng diễn ra thấm nguy hiểm thì cần phải làm kết cấu chân khay và màn chống thấm dưới nó, cũng cần phụt vữa gia cố nền ở vùng tiếp giáp với bộ phận chống thấm của đập. Trong các điều kiện nền có lượng thấm nước đơn vị lớn trên 5 Lu và tình hình dưới đây cần khoan phụt hóa chất chuyên dụng để xử lý:

...

...

...

- Khi nước ngầm ở khu vực khoan phụt có lưu tốc thực tế nhỏ hơn 7 cm/s mới có thể dùng vữa xi măng. Khi lớn hơn trị số này thì phải có phụ gia đông kết nhanh trộn vào vữa xi măng hoặc phải dùng hóa chất chuyên dụng. Khả năng và hiệu quả khoan phụt phải thông qua thí nghiệm để quyết định;

- Nếu nước ngầm ở vùng đập có tính ăn mòn thì phải dùng loại xi măng có tính chống ăn mòn hoặc dùng vữa hóa chất thích hợp. Khi sử dụng vữa hóa chất để khoan phụt phải xem xét vấn đề ô nhiễm môi trường.

9.2.2.7  Vị trí màn khoan phụt cần phải căn cứ vị trí của bộ phận chống thấm và điều kiện địa chất để quyết định, nói chung nên đặt tại chân khay của bộ phận chống thấm của đập (tường nghiêng hoặc tường lõi). Màn chống thấm của đập đồng chất nên đặt ở vị trí cách chân đập thượng lưu khoảng từ (1/3 đến 1/2) bề rộng đáy đập. Thông thường nên bố trí trùng với trục đập hoặc tim cơ thượng lưu để khi đập vận hành nếu cần khoan phụt bổ sung thì việc thi công sẽ thuận lợi hơn.

9.2.2.8  Phương của màn phụt chống thấm thường là thẳng đứng, chỉ nên làm nghiêng khi hướng khoan phụt thẳng góc với phương của mặt lớp hoặc khe nứt chủ yếu cho kết quả chống thấm của màn khoan phụt đạt hiệu quả cao hơn. Phương của hố khoan phụt phải nằm trong mặt phẳng của màn chống thấm và tùy theo điều kiện địa hình và địa chất có thể điều chỉnh độ nghiêng của lỗ khoan để đạt được kết quả khoan phụt cao nhất.

9.2.2.9  Độ sâu màn phụt chống thấm được xác định căn cứ vào kết quả tính toán thấm có xét đến mức độ quan trọng của công trình, cột nước làm việc:

- Khi dưới nền đập có lớp cách nước mà các lớp trên nó vẫn nằm trong vùng hoạt động của dòng thấm (không sâu lắm) thì màn phụt chỉ cần vào sâu trong lớp cách nước khoảng 5 m.

- Khi lớp cách nước nằm khá sâu dưới vùng hoạt động của dòng thấm hoặc phân bổ không có quy luật, thì chiều sâu màn phụt căn cứ kết quả tính toán thấm và kinh nghiệm xử lý ở các công trình tương tự để xác định.

- Giới hạn phạm vi khoan phụt tạo màn chống thấm quy định như sau:

+ Đối với đập từ cấp II trở xuống, phạm vi khoan phụt tạo màn không vượt quá vị trí nền có lượng mất nước từ (5 đến 7) Lu, cộng thêm 3 m;

...

...

...

+ Trong mọi trường hợp độ sâu khoan phụt không vượt quá 1H.

9.2.2.10  Chiều dày màn phụt được xác định thông qua cột nước tính toán lớn nhất và gradient thủy lực cho phép của màn.

Gradient thủy lực của màn phụt vữa xi măng trong nền đá khi điều kiện địa chất bình thường có thể lấy theo các trị số sau:

Chiều dày màng phụt t, m

Gradient thủy lực cho phép (J_c) của màn trong nền đá

Nhỏ hơn 1

10

Từ 1 đến 2

18

...

...

...

25

9.2.2.11  Tại hai vai đập tiếp giáp sườn bờ đồi hoặc núi thường có khả năng xảy ra thấm vòng qua vai đập khi khai thác cần bố trí màn chống thấm bằng khoan phụt cắm vào hai vai bờ đập (gọi là màn chống thấm vai đập), nối liền với màn phụt trong nền đập ở lòng sông. Chiều dài cắm vào hai bờ của màn chống thấm vai đập cần căn cứ điều kiện địa chất và các nguyên tắc sau để xác định:

- Màn phụt kéo dài đến chỗ giao nhau giữa mực nước dâng bình thường của hồ chứa với mặt tầng không thấm nước tương đối của hai bờ;

- Màn phụt kéo dài tới chỗ giao nhau giữa mực nước dâng bình thường với mực nước ngầm ở hai bờ trước khi hồ tích nước;

- Căn cứ kết quả phân tích thấm hoặc thí nghiệm theo yêu cầu chống thấm của công trình.

9.2.2.12  Thiết kế xử lý nền đá bằng khoan phụt vữa tạo màn chống thấm thực hiện theo TCVN 8645.

9.2.2.13  Đối với nền đá phát triển karst:

Sau khi dọn sạch hố móng cần lấp kín các hang động, các hốc đá và các rãnh, các phễu karts bằng đất sét đầm chặt, bằng vữa xi măng hoặc bằng khoan phụt vữa chống thấm. Trong trường hợp này cần lập tiêu chuẩn chỉ dẫn riêng.

9.2.3  Xử lý nền đất bồi tích

...

...

...

Xử lý chống thấm nền bồi tích chủ yếu là khống chế dòng thấm phòng chống mất nước quá mức cho phép và phòng chống các hiện tượng xói ngầm gây mất ổn định nền làm phá hoại công trình, bao gồm các quy định tại điều 9.2.1 của tiêu chuẩn này và xử lý thấm theo các quy định ở điều này. Nghiên cứu áp dụng các biện pháp sau:

1) Chống thấm theo phương thẳng đứng có các biện pháp:

- Tường răng bằng đất chống thấm;

- Tường hào xi măng - bentonite;

- Màn chống thấm bằng cách khoan phụt dung dịch chống thấm (sét - xi măng);

- Tường cừ các loại;

- Tường chống thấm bằng trụ xi măng - đất;

- Kết hợp các biện pháp trên.

2) Sân phủ chống thấm thượng lưu.

...

...

...

- Lớp đệm lọc tiêu nước nằm ngang;

- Rãnh lọc tiêu nước nằm ngang;

- Giếng tiêu nước giảm áp;

- Gia tải thoát nước hạ lưu;

- Kết hợp rãnh lọc tiêu nước và giếng tiêu nước giảm áp.

4) Việc lựa chọn biện pháp phải thông qua tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật cụ thể.

9.2.3.2  Hình thức kết cấu xử lý chống thấm nền bồi tích

1) Sân phủ thượng lưu nên kết hợp với tường nghiêng chống thấm và áp dụng khi:

- Nền bồi tích khá dày hoặc gần như vô hạn;

...

...

...

- Đập vừa và thấp.

Sân phủ thượng lưu nên có chiều dài từ (3 đến 6) H và chiều dày khoảng 0,1H nhưng không được nhỏ hơn 0,5 m (H là cột nước lớn nhất tác dụng lên sân phủ). Chiều dày sân cần tăng dần từ thượng lưu đến vị trí nối tiếp với bộ phận chống thấm đứng (tường nghiêng, tường lõi).

Cần phải qua phân tích thấm để đảm bảo:

- Không xói ngầm ở trong nền và dưới đáy sân phủ;

- Thỏa mãn nguyên tắc tầng lọc ngược hoặc tầng chuyển tiếp giữa đất sân phủ và đất nền tránh hiện tượng biến dạng thấm phá hoại qua sân phủ và đập (nếu điều kiện nền tự nhiên không thỏa mãn yêu cầu của tầng lọc ngược thì phải bố trí các lớp lọc ngược giữa sân phủ và nền);

- Đất đắp sân phủ phải có hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của nền, đồng thời cần được đầm chặt đạt dụng trọng khô thiết kế với lượng ngậm nước bằng hoặc lớn hơn lượng ngậm nước tối ưu cộng với từ (2 đến 3) % xác định theo thí nghiệm đầm nén trong phòng;

- Để tránh sân phủ bị khô nứt hoặc bị nước chảy mặt làm xói lở trong thời gian thi công và vận hành, cần bố trí trên đó một lớp bảo vệ bằng lớp phủ cát cuội sỏi, hoặc tấm bê tông.

2) Tường răng:

Tường răng là biện pháp phổ biến, đơn giản và có hiệu quả nhất khi nền thấm có chiều dày dưới 10 m hoặc cá biệt đến 15 m, nhưng mực nước ngầm thấp, điều kiện thi công thuận lợi bằng phương pháp đào lộ thiên và đắp lại bằng đất ít thấm. Tường răng cần đảm bảo các yêu cầu sau:

...

...

...

- Đất đắp phải có chất lượng tương tự đất đắp sân phủ;

- Đất được đắp trong điều kiện khô ráo và được đầm nén chặt;

- Đảm bảo không bị phá hoại dưới tác dụng của dòng thấm.

Tường răng phải cắm vào nền không thấm với độ sâu (T) như sau:

- T = 0,5 m nếu là đá tươi hoặc đá phong hóa nhẹ;

- T > 0,5 m nếu là đá phong hóa mạnh, kèm theo có biện pháp xử lý thấm thích hợp đối với nền đá theo điều 9.2.2 của tiêu chuẩn này;

- T ≥ 1,0 m đối với nền đất.

Vị trí tường răng nên đặt ở phần đáy của bộ phận chống thấm của đập (đáy tường lõi, đáy tường nghiêng) đối với đập nhiều khối, hoặc đặt tại vị trí cách chân đập thượng lưu một khoảng bằng (1/3 đến 1/2) bề rộng đáy đập đối với đập đồng chất. Bề rộng đáy chân khay được xác định thông qua tính toán xói ngầm, đảm bảo gradient tính toán nhỏ hơn gradient cho phép của đất đắp tường răng và gradient cho phép của đất nền và đáp ứng điều kiện thi công cơ giới.

Đất đắp tường răng phải được chọn lọc kỹ, nhằm đảm bảo yêu cầu chống thấm và độ bền, có hệ số thấm tương tự như hệ số thấm của sân phủ và bộ phận chống thấm của đập.

...

...

...

- Xây dựng những tường răng phụ;

- Bố trí hệ thống tiêu hạ nước ngầm tại vị trí đào tường răng;

- Các biện pháp tường vây (bentonite, cừ thép), lựa chọn trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật.

3) Màn chống thấm bằng cách khoan phụt dung dịch chống thấm (xi măng, xi măng - sét):

- Thích hợp khi nền bồi tích dày trên 10 m, phía dưới là đá nứt nẻ mạnh hoặc trong nền có lẫn đá dăm, đá tảng lớn, hoặc nước ngầm có tính ăn mòn mạnh đối với kim loại. Việc khoan phụt tạo màn chống thấm cần tiến hành khi chưa hình thành dòng thấm trong nền, tức là xử lý trước khi đắp đập.

- Vị trí màn chống thấm cũng bố trí tương tự như trong trường hợp xử lý nền đá ở điều 9.2.2.7 của tiêu chuẩn này.

- Chiều sâu màn chống thấm trong nền bồi tích được quyết định theo kết quả tính thấm nhằm đảm bảo không để xảy ra hư hỏng nền do dòng thấm sau khi có đập.

Để đánh giá khả năng khoan phụt tạo màn chống thấm ở nền bồi tích, trước tiên có thể xem xét chỉ số khoan phụt (M) xác định theo công thức (3):

    (3)

...

...

...

D₁₅  là đường kính mắt sàng (mm) cho lọt 15% trọng lượng của mẫu đất trong tầng nền cần xử lý;

d₈₅  là đường kính mắt sàng (mm) cho lọt 85% trọng lượng của mẫu dung dịch phụt.

Khi M > 15 có thể phụt vữa xi măng, M > 10 có thể phụt vữa xi măng - sét.

- Màn chống thấm cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Về độ dày, sơ bộ xác định theo công thức (4):

 (4)

trong đó:

H  là cột nước tác dụng lớn nhất, m;

J  là gradient cho phép của màn phụt trong nền đất - bồi tích, đối với dung dịch xi măng - sét có thể lấy J ≤ 3 + 4.

...

...

...

+ Tỷ lệ trộn dung dịch vữa xi măng - sét cần qua thí nghiệm để xác định, thông thường hàm lượng xi măng nên chiếm từ (20 đến 50) % tổng trọng lượng dung dịch vữa phụt;

+ Áp lực phụt cũng phải thông qua thí nghiệm hiện trường để quyết định hoặc có thể dự kiến theo kinh nghiệm nhưng phải bổ sung điều chỉnh trong quá trình thi công khoan phụt;

+ Việc thiết kế và tổ chức thi công khoan phụt màn chống thấm trong nền bồi tích cần tuân thủ các quy định và chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn hiện hành về quy trình kỹ thuật khoan phụt chống thấm công trình thủy lợi.

4) Tường hào xi măng - bentonite:

- Thích hợp với mọi loại hình nền bồi tích về độ sâu, thành phần hạt, mực nước ngầm, nên áp dụng cho các loại đập cấp từ cấp II trở lên trên nền bồi tích dày.

- Tường hào xi măng - bentonite dày khoảng từ (0,6 đến 1,2) m. Đáy tường hào cần cắm sâu vào nền đá có đới thấm ít từ (0,5 đến 1,0) m, nếu gặp tầng phong hóa sâu và đới đứt gãy nhàu nát cần cắm sâu hơn căn cứ chiều cao đập và tình hình nhàu nát của đứt gãy. Đỉnh tường cắm vào bộ phận chống thấm của đập (tường lõi hoặc tường nghiêng) tối thiểu 2 m. Trong mọi trường hợp độ sâu xử lý không vượt 1H.

- Việc thiết kế tường hào xi măng - bentonite cần theo quy trình và chỉ dẫn riêng.

5) Tường chống thấm bằng cừ thép:

Có thể áp dụng khi đập đất chỉ cần chống thấm trong phạm vi lớp bồi tích, trong lớp đó không có đá tảng, đá lăn để đáp ứng điều kiện thi công, chiều dày lớp bồi tích phù hợp với chiều dài thông dụng của cừ thép định hình và có luận chứng về kinh tế - kỹ thuật. Khi sử dụng cừ thép cần có mũ cừ thích hợp bằng bê tông cốt thép và đất sét để chống thấm.

...

...

...

Có thể áp dụng chống thấm nền đập trong phạm vi nền bồi tích khi đủ luận cứ về điều kiện kinh tế - kỹ thuật, ngoài ra khi thiết kế tường chống thấm bằng trụ xi măng - đất cần phải xem xét về điều kiện bền về ứng suất và biến dạng của nó để không xảy ra tình trạng gẫy, nứt (đặc tính giòn dễ gãy của trụ xi măng - đất). Thiết kế tường chống thấm bằng trụ xi măng - đất thực hiện theo TCVN 9403.

9.2.4  Xử lý nền đất mềm yếu

9.2.4.1  Đất mềm yếu có nhiều dạng do sự hình thành rất khác nhau. Để đáp ứng chất lượng nền đập cần phải có chuyên đề nghiên cứu riêng về nội dung này.

9.2.4.2  Đất sét mềm yếu có cường độ kháng cắt thấp, tính nén lún cao nói chung không nên dùng làm nền đập. Đối với đập thấp, qua luận chứng kinh tế - kỹ thuật đồng thời sử dụng biện pháp xử lý có hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy mới nên sử dụng.

9.2.4.3  Đập đất nằm trên nền đất yếu thường thích nghi với đập đồng chất hoặc đập có tường lõi, lúc đó độ ẩm của đất đắp chọn thiên về nhánh ướt so với độ ẩm tối ưu để dễ thích nghi với độ lún tương đối lớn và không đều do nền yếu gây ra.

9.2.4.4  Đối với nền mềm yếu nên đào hót hết tầng này. Nếu độ dày quá lớn, phân bố rộng, khó có thể đào hót hết có thể dùng các biện pháp gia cố nền hay biện thoát nước - cố kết nền kết hợp với điều chỉnh tốc độ thi công hợp lý và gia tải ở chân đập làm cho cường độ kháng cắt của đất nền tăng lên để đảm bảo độ ổn định trong quá trình đắp đập và khi đập vận hành. Các biện pháp xử lý phải đảm bảo độ lún của đập và nền phần lớn xảy ra trong quá trình thi công và độ lún còn lại khi vận hành đảm bảo quy định. Trong quá trình thi công cần tăng cường quan trắc hiện trường.

9.3  Tiêu nước nền đập

9.3.1  Hạ lưu của đập có cần bố trí thiết bị tiêu thoát nước nền đập hay không cần phải căn cứ vào tình hình dòng thấm (thông qua tính toán thấm) để xác định. Nếu trong nền đập tồn tại áp lực thấm tương đối lớn, có khả năng tạo ra biến dạng thấm tầng đất hạ lưu đập hoặc biến thành vùng sình lầy hoặc làm cho đường bão hòa của thân đập nâng lên quá cao thì cần phải bố trí thiết bị thoát nước nền đập.

9.3.2  Thiết bị thoát nước nền đập có các hình thức: Thảm thoát nước ngang, rãnh thoát nước lọc ngược, giếng thoát nước giảm áp, tầng phản áp thoát nước (thoát nước kết hợp gia tải), hoặc các hình thức kết hợp. Nguyên tắc lựa chọn hình thức cũng giống như thoát nước thân đập được nêu ở điều 10.6 của tiêu chuẩn này. Biện pháp thoát nước giảm áp cho nền đập tùy theo tình hình thấm nền đập kết hợp với thoát nước thân đập để tổng hợp xem xét.

...

...

...

2) Nền đập có kết cấu hai tầng đất thấm nước, nếu bề mặt là tầng thấm nước yếu không dày lắm hoặc là tầng không thấm nước, tầng thấm nước nằm phía dưới nó tương đối nông, tính thấm nước tương đối đều, tốt nhất là ở đáy đập đào xuyên suốt lớp bề mặt làm rãnh ngầm thoát nước lọc ngược, đồng thời nối liền với tầng đệm thoát nước nằm ngang của đập để đưa nước ra ngoài. Nếu lượng nước tương đối lớn, có thể dùng ống nước đưa nước từ rãnh ngầm ra ngoài. Ngoài ra chân đập có thể bố trí rãnh tiêu thoát nước lọc ngược.

9.3.3  Vị trí của rãnh thoát nước lọc ngược trong thân đập thưởng bố trí trong phạm vi 1/4 bề rộng đáy đập cách chân đập phía hạ lưu. Rãnh thoát nước lọc ngược và giếng giảm áp thoát nước ngoài đập nên bố trí gần chân đập để hiệu quả hơn trong việc hạ thấp đường bão hòa thân đập và giảm áp lực thấm ngược tác dụng lên đáy và nền đập. Yêu cầu về thiết kế tiêu thoát nước kiểu giếng được quy định tại điều 10.6.8 của tiêu chuẩn này.

9.3.4  Bố trí rãnh thoát nước thấm cần nghiên cứu để kết hợp với rãnh tiêu thoát nước mưa.

10  Thiết kế mặt cắt ngang của đập

10.1  Cao trình đỉnh đập

10.1.1  Cao trình đỉnh đập là cao trình lớn nhất xác định trên cơ sở tính toán độ vượt cao của đỉnh đập trên các mực nước tính toán của hồ chứa đảm bảo nước không tràn qua đỉnh đập. Các mực nước tính toán của hồ được quy định gồm các trường hợp sau:

1) Mực nước dâng bình thường;

2) Mực nước lớn nhất thiết kế;

3) Mực nước lớn nhất kiểm tra;

...

...

...

10.1.2  Cao trình đỉnh đập tính toán tương ứng với các trường hợp quy định ở trên được xác định theo công thức (5).

Z_đ = Z_n + h_đ (5)

trong đó:

Z_đ  là cao trình đỉnh đập tính toán tương ứng với các trường hợp mực nước hồ Z_h, m;

Z_h  là mực nước tính toán của hồ chứa, được tính toán với các trường hợp quy định ở trên, m;

h_đ  là độ vượt cao của đỉnh đập tính toán tương ứng với các trường hợp mực nước hồ Z_đ, m; được xác định theo điều 10.1.3 của tiêu chuẩn này.

10.1.3  Độ vượt cao của đỉnh đập được quy định khác nhau cho các trường hợp được xác định theo công thức (6).

h_đ = Δh + h_sl + a(6)

trong đó:

...

...

...

h_sl  là chiều cao sóng leo lên mái đập, m;

a  là chiều cao an toàn, xác định theo Bảng 3 điều 10.1.4 của tiêu chuẩn này, m.

Tần suất gió thiết kế để tính toán sóng leo được quy định tại Bảng 4 điều 10.1.4 của tiêu chuẩn này;

Phương pháp tính toán các yếu tố sóng, chiều cao nước dềnh do gió, chiều cao sóng leo áp dụng theo tiêu chuẩn TCVN 8421.

10.1.4  Chiều cao an toàn của đập và tần suất gió tính toán được quy định theo cấp công trình của đập và điều kiện làm việc của hồ chứa (mực nước tính toán của hồ chứa) tương ứng theo Bảng 3 và 4.

Bảng 3 - Chiều cao an toàn của đập (a)

Điều kiện làm việc của hồ chứa

Chiều cao an toàn (a) theo cấp đập, m

Đặc biệt

...

...

...

II

III

IV

Ở mực nước dâng bình thường

1,5

1,2

0,7

0,5

0,5

...

...

...

1,0

1,0

0,5

0,5

0,5

Ở mực nước lớn nhất kiểm tra

0,5

0,3

0,2

...

...

...

0,0

CHÚ THÍCH: Khi xác định độ vượt cao của đỉnh đập cho trường hợp xuất hiện mực nước vượt lũ kiểm tra thì lấy chiều cao an toàn của đập a = 0.

Bảng 4 - Tần suất gió thiết kế

Điều kiện làm việc của hồ chứa

Tần suất gió thiết kế theo cấp của đập, %

Đặc biệt, I

II, III

IV

Ở mực nước dâng bình thường

...

...

...

4

10

Ở mực nước lớn nhất thiết kế

25

50

50

Ở mực nước lớn nhất kiểm tra và vượt lũ kiểm tra

Không xét đến thành phần sóng leo do gió gây ra

10.1.5  Đập có xây dựng tường chắn sóng (TCS) loại thẳng đứng, được liên kết với bộ phận chống thấm của thân đập (TCS nằm dưới mực nước thiết kế của hồ thì liên kết giữa TCS với bộ phận chống thấm thân đập và liên kết giữa các đoạn TCS với nhau phải đảm bảo điều kiện chống thấm và ổn định thấm) thì độ vượt cao của đỉnh đập được tính từ cao trình mực nước tính toán đến đỉnh tường chắn sóng. Trường hợp này cao trình đỉnh đập phải cao hơn mực nước gia cường kiểm tra tối thiểu 0,3 m. Chiều cao tường chắn sóng so với đỉnh đập không nên vượt quá 1,2 m.

...

...

...

10.1.6  Độ vượt cao của đỉnh đập khi có động đất:

Khi xây dựng đập đất đầm nén ở vùng có khả năng xảy ra động đất từ cấp VII trở lên, độ vượt cao của đỉnh đập cần tính toán đến chiều cao của sóng trọng lực phát sinh trong hồ chứa và độ lún đỉnh đập do động đất, khi đó chiều cao an toàn được lấy theo tổ hợp tính toán đặc biệt (tương đương như khi tính với mực nước lớn nhất kiểm tra nêu tại Bảng 3). Cấp và thông số động đất thực hiện theo TCVN 9386.

10.2  Chiều rộng và cấu tạo đỉnh đập

10.2.1  Chiều rộng đỉnh đập

Chiều rộng đỉnh đập cần xác định phụ thuộc vào điều kiện thi công và khai thác, có xét đến cấp công trình, nhưng không nên nhỏ dưới 5,0 m, đồng thời cần xét đến các trường hợp sau đây:

1) Khi không có yêu cầu khác, chiều rộng đỉnh đập nên từ (5 đến 10) m đối với đập từ cấp II trở xuống và trên 10 m đối với đập từ cấp I trở lên;

2) Khi có yêu cầu kết hợp đường giao thông công cộng thì phải thiết kế đảm bảo theo yêu cầu của tiêu chuẩn đường giao thông. Nếu tiêu chuẩn đường giao thông nhỏ hơn thì phải theo quy định của tiêu chuẩn này.

10.2.2  Chiều rộng đỉnh đập ở vị trí nối tiếp với công trình khác

1) Chiều rộng đỉnh đập ở vị trí nối tiếp với công trình khác cần xác định phù hợp với kết cấu nối tiếp và thường nên tạo ra một mặt bằng rộng hơn.

...

...

...

10.2.3  Kết cấu và bố trí mặt đỉnh đập

1) Kết cấu và bố trí mặt đỉnh đập cần đảm bảo bền vững, an toàn, thuận lợi trong khi khai thác và thẩm mỹ.

2) Mặt đỉnh đập cần phải dốc nghiêng về một phía hoặc hai phía với độ dốc từ (2 đến 3) %, đồng thời làm tốt hệ thống thoát nước xuống mái đập, không được để nước mưa đọng trên mặt đỉnh đập

10.2.4  Lớp bảo vệ đỉnh đập

Lớp bảo vệ đỉnh đập cần căn cứ yêu cầu quản lý và các mục đích sử dụng, khả năng đầu tư để lựa chọn một trong các loại vật liệu sau đây:

- Đất cấp phối đồi hoặc cát cuội sỏi đầm chặt;

- Dăm, sỏi xâm nhập nhựa đường;

- Bê tông hoặc bê tông nhựa đường.

Khi có kế hoạch nâng cao đập trong tương lai gần thì chưa nên làm lớp bảo vệ bằng bê tông.

...

...

...

10.2.5.1  Khi đỉnh đập có kết hợp đường giao thông cần bố trí cọc tiêu, thanh chắn, hoặc gờ lề đường để đảm bảo an toàn. Nếu không kết hợp giao thông cũng cần có các cọc tiêu chí dẫn cho xe công vụ đi lại.

10.2.5.2  Ở các công trình đầu mối có nguồn điện thì trên mặt đỉnh đập có thể bố trí hệ thống đèn cao áp chiếu sáng vừa phục vụ quản lý khai thác vừa nâng cao thẩm mỹ công trình.

10.3  Mái đập thượng và hạ lưu

10.3.1  Mái đập

10.3.1.1  Mái đập gồm có mái thượng lưu và mái hạ lưu, có ký hiệu tương ứng là m_t và m_h. Thông số mái đập được thể hiện qua hệ số mái m, là giá trị chiều ngang của mái tương ứng với chiều cao mái bằng 1 (Ví dụ: m = 2,0; 2,5; 3,0 hoặc các trị số khác).

10.3.1.2  Mái đập phải đảm bảo ổn định theo quy định của thiết kế trong mọi điều kiện làm việc của đập. Độ dốc mái đập được xác định căn cứ vào loại hình đập, chiều cao đập, tính chất vật liệu của thân đập và nền đập, các lực tác động lên mái (như: trọng lượng bản thân, áp lực nước, lực thấm, lực mao dẫn, lực động đất, lực thủy động, tải trọng ngoài trên đỉnh đập và mái đập), điều kiện thi công và khai thác công trình.

10.3.1.3  Khi sơ bộ xác định độ dốc mái, được phép sử dụng tài liệu của các đập tương tự đã xây dựng trong khu vực hoặc dùng phương pháp gần đúng, sau đó kiểm tra bằng tính toán theo các quy định tại điều 11.3.2 của tiêu chuẩn này.

10.3.1.4  Khi ở phía thượng lưu đập có tường nghiêng đắp bằng vật liệu có các chỉ tiêu chống trượt (φ, c) thấp hơn các chỉ tiêu tương ứng của đất đắp thân đập thì độ dốc mái thượng lưu cần xác định trên cơ sở đánh giá khả năng trượt mái nói chung và khả năng trượt của tường nghiêng theo mặt tiếp xúc với thân đập cũng như trượt của lớp bảo vệ trên mặt tường nghiêng.

10.3.2  Kết cấu mái đập

...

...

...

10.3.2.2  Ở mái thượng lưu, việc bố trí cơ đập phụ thuộc vào điều kiện thi công và hình thức bảo vệ mái, nên bố trí cơ đập ở giới hạn dưới của lớp gia cố chính để tạo thành gối đỡ cần thiết, hoặc lợi dụng đỉnh đê quai mái thượng lưu nằm trong thân đập để làm cơ. Số cơ ở mái thượng lưu thường ít hơn số cơ ở mái hạ lưu.

10.3.2.3  Ở mái hạ lưu, nên bố trí cơ để sử dụng vào việc tập trung và dẫn nước mưa, làm đường công vụ và để tăng độ ổn định mái đập khi cần thiết. Trường hợp có kết hợp đường giao thông trên cơ ở đập hạ lưu thì cơ phải thiết kế đáp ứng được theo tiêu chuẩn thiết kế đường giao thông. Khoảng từ (10 đến 15) m theo chiều cao đập nên bố trí một cơ. Chiều rộng của cơ không được nhỏ hơn 3 m.

10.3.2.4  Trên mái thượng và hạ lưu đập cần bố trí một số bậc lên xuống để tạo điều kiện thuận lợi cho công tác quản lý vận hành đập.

10.3.2.5  Trên mái hạ lưu không nên kết hợp làm kênh dẫn nước và các công trình khác (trừ đường giao thông khi có yêu cầu kết hợp). Trường hợp cần bố trí kênh dẫn trên mái đập thì phải có luận chứng kinh tế - kỹ thuật, các biện pháp chống thấm, chống rò nước từ kênh ra, phải đảm bảo có độ tin cậy cao.

10.3.3  Gia cố mái đập thượng lưu

10.3.3.1  Mái đập phải được gia cố bảo vệ chống lại tác động phá hoại của sóng, mưa và các yếu tố phá hoại khác. Hình thức kết cấu bảo vệ mái đập được chọn một trong các hình thức quy định ở các điều 10.3.3.2 và 10.3.3.4 của tiêu chuẩn này, trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật, đảm bảo các yêu cầu:

- Kiên cố ổn định, chống đỡ mọi loại phá hoại đối với mái đập, tiêu thoát nước mặt tốt;

- Tận dụng vật liệu tại chỗ và sử dụng các vật liệu công nghệ mới, giá thành hợp lý;

- Thi công đơn giản; quản lý, duy tu, bảo trì thuận lợi;

...

...

...

10.3.3.2  Bảo vệ mái đập thượng lưu thường áp dụng các hình thức sau đây:

1) Đá đổ;

2) Đá lát khan;

3) Đá xây vữa từng ô nhỏ có khe co giãn và lỗ thoát nước;

4) Tấm bê tông hoặc cốt thép đổ tại chỗ hoặc tấm đúc sẵn có khe có giãn và lỗ thoát nước hoặc có khớp chắn nước và không đục lỗ thoát nước;

5) Bê tông nhựa đường từng ô có khe co giãn và lỗ thoát nước hoặc có khớp chắn nước và không đục lỗ thoát nước;

6) Neoweb có lỗ thoát nước;

7) Thực vật (áp dụng cho đập thấp, hồ có sóng nhỏ nhưng cần có biện pháp phòng chống mối).

Kích thước lớp bảo vệ mái phụ thuộc vào hình thức kết cấu gia cố và các thông số sóng, được xác định thông qua tính toán theo TCVN 8421 và TCVN 8419.

...

...

...

Phạm vi bảo vệ mái thượng lưu bắt đầu từ đỉnh đập xuống dưới mực nước khai thác thấp nhất (thường là mực nước chết) 2,5 m đối với đập từ cấp II trở lên, và từ (1,5 đến 2) m đối với đập từ cấp III trở xuống.

Lớp đệm nằm dưới kết cấu bảo vệ mái cần đảm bảo bền vững, ổn định khi chịu tác động của sóng đồng thời phải ngăn ngừa trôi đất do dòng thấm ngược từ đập ra khi mực nước hồ giảm nhanh, cần có biện pháp bảo vệ tương ứng nếu phần mái thượng lưu không có lớp gia cố bảo vệ bị dòng thấm ngược kéo trôi đất.

10.3.3.4  Kết cấu gia cố mái đập thượng lưu cần được xem xét lựa chọn dựa trên các yếu tố sau:

- Chiều cao sóng leo do gió và tàu thuyền tác dụng lên mái;

- Đặc tính của vật liệu thân đập và mức độ xâm thực của nước hồ;

- Trữ lượng các loại vật liệu gia cố có ở khu vực xây dựng và điều kiện sản xuất chúng;

- Cấp và tính chất đa mục tiêu của công trình.

Hình thức kết cấu gia cố bằng đá đổ có thể áp dụng trong tất cả các trường hợp khi tại khu vực xây dựng có đầy đủ khối lượng đá sử dụng được, và thuận lợi cho việc thi công bằng cơ giới.

Hình thức kết cấu tấm gia cố bằng đá lát khan hoặc đá xây vữa áp dụng khi không có điều kiện thi công bằng cơ giới.

...

...

...

Dưới lớp gia cố bảo vệ mái cần bố trí tầng đệm (có thể sử dụng thêm lớp vài địa kỹ thuật dưới tầng đệm để bảo vệ đất) có tác dụng nối tiếp giữa lớp gia cố với thân đập và có tác dụng của tầng lọc ngược để phòng chống xói trôi đất do sóng và khi nước hồ hạ thấp đột ngột.

Cấp phối và chiều dày các lớp đệm tính toán và thiết kế theo quy định tại TCVN 8422. Thông thường tầng đệm dưới bảo vệ bằng đá xây khan hoặc đá xây vữa gồm hai lớp: dăm sỏi và cát, chiều dày mỗi lớp tối thiểu 15 cm. Với những vùng khan hiếm cát có thể nghiên cứu sử dụng vài địa kỹ thuật làm lớp lọc.

Khi dùng tấm bê tông, bê tông cốt thép, bê tông nhựa đường, đá xây vữa để bảo vệ mái có bố trí lỗ thoát nước để giảm áp lực nước bên trong khi mực nước hồ rút nhanh hoặc do các nguyên nhân khác thì kích thước và số lượng (mật độ) lỗ thoát nước cần thông qua tính toán thấm để xác định. Khi lớp gia cố bằng bê tông, bê tông nhựa đường bảo vệ mái không bố trí lỗ thoát nước thì nhiệm vụ dẫn nước thấm từ thân đập xuống chân mái do tầng đệm dưới nó đảm nhiệm, chiều dày lớp đệm cần phải đảm bảo yêu cầu thoát nước thấm như nêu ở trên.

10.3.4  Gia cố mái đập hạ lưu

10.3.4.1  Mái đập hạ lưu thường áp dụng các hình thức gia cố bảo vệ sau đây:

- Trồng cỏ trên lớp đất màu được phủ trên mái đắp;

- Rải đá dăm hoặc sỏi dày 0,2 m lên toàn bộ mái đập;

- Đá xây hoặc lát khan;

- Khuôn bê tông cốt thép trong đổ đá;

...

...

...

10.3.4.2  Hình thức bảo vệ cần lựa chọn phù hợp với tính chất vật liệu đắp ở hạ lưu đập, điều kiện khí hậu và đảm bảo các yêu cầu quy định ở điều 10.3.3.1 của tiêu chuẩn này.

10.3.4.3  Khi chọn hình thức trồng cỏ cần tránh dùng loại cỏ cây cao ảnh hưởng đến quan sát các hiện tượng xói lở, rò rỉ trên mái đập hoặc tạo cơ hội cho động vật làm hang hốc trong thân đập. Nên chọn loại cỏ có khả năng chịu hạn thích hợp điều kiện khí hậu ở địa phương.

10.3.4.4  Mái đập hạ lưu được bảo vệ từ đỉnh đập đến chân đập hoặc đến đỉnh của lăng trụ đá tiêu nước (nếu có).

10.3.4.5  Đối với đập vừa và cao, cần bố trí hệ thống rãnh thoát nước mưa trên toàn bộ mái đập hạ lưu. Hệ thống rãnh này nên đặt xiên với mặt đập một góc 45° để giảm hiện tượng rãnh bị xói do nước chảy. Rãnh được làm bằng đá xây hoặc bê tông.

10.3.4.6  Cần bố trí đầy đủ các hạng mục tiêu thoát nước mặt bên trên toàn bộ mái đập, bao gồm việc tập trung, dẫn thoát nước trên đỉnh đập, mái đập. Việc bố trí hệ thống tiêu nước mặt kích thước và độ dốc các rãnh tiêu nước được xác định thông qua tính toán. Khi trên mái đập có cơ thì cần bố trí rãnh tiêu dọc cơ, các rãnh tiêu đứng trên mái đập nên cách nhau từ (25 đến 50) m dọc đập bố trí một rãnh.

10.3.4.7  Cần bố trí rãnh tiêu nước ở các vị trí tiếp giáp mái đập với sườn vai núi. Diện tích tập trung nước tính toán cần kể cả diện tích tập trung nước từ sườn vai núi.

10.4  Bộ phận chống thấm ở thân đập

10.4.1  Yêu cầu thiết kế chống thấm ở thân đập

1) Bộ phận chống thấm trong thân đập có nhiệm vụ:

...

...

...

- Giảm gradient thấm trong thân đập và vùng cửa ra, đề phòng các hiện tượng biến dạng của đất do tác dụng của dòng thấm làm phát sinh thấm tập trung trong thân đập, nền đập, trong phần đất tự nhiên tiếp giáp ở hai vai và hạ lưu, dẫn đến đập phá vỡ công trình và nền;

- Giảm lưu lượng thấm qua thân và nền đập, bờ vai đập nằm trong phạm vi cho phép.

2) Đối với đập vùng khan hiếm đất đồng chất:

- Khi ở vùng xây dựng đập không có đủ khối lượng đất đáp ứng yêu cầu để làm đập đồng chất thì có thể chọn hình thức đập nhiều khối có bộ phận chống thấm là: tường lõi, tường nghiêng và các hình thức phù hợp khác;

Vị trí của tim tường lõi thường nằm chính giữa đập hoặc nghiêng dịch về thượng lưu để tăng khả năng chống thấm và hạ thấp đường bão hòa;

- Tường nghiêng nằm dọc theo mái thượng lưu và có nhiệm vụ chống thấm cho toàn bộ thân đập, thường được áp dụng ở thân đập nhiều khối có chiều cao thấp, nền ít biến dạng;

- Vật liệu làm tường lõi hoặc tường nghiêng có thể là loại đất ít thấm hoặc các vật liệu chống thấm khác không phải là đất như: bê tông, bê tông cốt thép, bê tông asphalts, vài chống thấm (geosynthetic - clayliners, geomembrane), màng HDPE hoặc vật liệu hóa dẻo, tường lõi kiểu màn phụt vữa hoặc các loại vật liệu khác có khả năng chống thấm theo yêu cầu thiết kế trên cơ sở luận chứng kinh tế - kỹ thuật.

3) Đối với đập nhiều khối:

- Đập có nhiều khối thì bố trí khối chống thấm ở giữa đập hoặc nghiêng dịch về phía thượng lưu, trường hợp khối đắp liền kề với khối chống thấm ở thượng và hạ lưu có mô đun biến dạng lớn hơn nhiều so với khối chống thấm thì hai bên khối chống thấm dễ phát sinh khe nứt. Do đó, thiết kế cần xem xét dịch tường chống thấm về phía thượng lưu ở vị trí trung gian giữa tim đập và mái thượng lưu hoặc có giải pháp khác để đảm bảo không phát sinh ứng suất kéo ở hai biên thượng hạ lưu khối chống thấm;

...

...

...

4) Chiều dày tường lõi, tường nghiêng chống thấm:

- Chiều dày tường lõi hoặc tường nghiêng bằng đất phải tăng dần từ đỉnh đập xuống đáy đập;

- Với tường lõi bằng đất, chiều dày tối thiểu ở đỉnh lõi được chọn theo điều kiện đảm bảo thi công cơ giới, không nhỏ hơn 3 m. Chiều rộng ở đáy không nên nhỏ hơn 1/4 chiều cao cột nước đối với tường lõi, và không nên nhỏ hơn 1/5 chiều cao cột nước đối với tường nghiêng, chiều dày của tường lõi và tường nghiêng còn phải thỏa mãn điều kiện độ bền chống thấm theo công thức (7).

trong đó:

δ  là chiều đày của sân phủ, tường lõi hoặc tường nghiêng, m;

Z là độ chênh cột nước trước và sau tường chống thấm, m;

[J] là gradient cột nước trung bình cho phép của vật liệu đắp chống thấm sân phủ, tường nghiêng, tường lõi, xác định theo chỉ dẫn ở bảng 7 điều 11.2.3 của tiêu chuẩn này.

CHÚ THÍCH: Chiều dày tính theo phương vuông góc với mái trên đối với tường nghiêng và theo phương nằm ngang đối với tường lõi.

...

...

...

5) Đỉnh tường lõi hoặc tường nghiêng làm bằng đất:

- Đỉnh tường lõi hoặc tường nghiêng làm bằng đất sau khi đập đạt độ lún cuối cùng phải cao hơn mực nước dâng bình thường có kể tới sóng leo và độ dềnh do gió nhưng không được thấp hơn mực nước lũ thiết kế cộng chiều cao an toàn. Chiều cao an toàn là chiều cao từ mực nước lũ thiết kế đến đỉnh tường chống thấm quy định ở Bảng 5;

Bảng 5 - Chiều cao an toàn của tường chống thấm, m

Loại tường bằng đất

Cấp đập

Đặc biệt

I

II

III, IV

...

...

...

0,60

0,50

0,40

0,30

Tường nghiêng

0,80

0,70

0,60

0,50

...

...

...

- Phần đỉnh của tường lõi và tường nghiêng, mặt thượng lưu của tường nghiêng bằng đất sét, á sét cần có lớp bảo vệ chống khô nứt. Chiều dày lớp bảo vệ (kể cả lớp bảo vệ mái thượng lưu) không được nhỏ hơn độ sâu khô nứt của đất ở khu vực xây dựng công trình;

- Khi phía hạ lưu tường nghiêng là đất thân đập thuộc loại đất hạt lớn thì giữa tường và đất của thân đập cần bố trí tầng lọc chuyển tiếp;

- Tương tự, cần bố trí tầng chuyển tiếp ở hai bên thượng lưu và hạ lưu của tường lõi khi đất của thân đập là loại đất hạt lớn để chống xói ngầm tường lõi;

6) Đối với vùng khan hiếm vật liệu chống thấm:

Trong trường hợp này thì cần xem xét áp dụng bộ phận chống thấm không phải bằng đất. Về hình thức chống thấm có thể áp dụng một trong các loại hình sau đây:

- Tường lõi bê tông và bê tông cốt thép,

- Tường nghiêng bê tông cốt thép,

- Tường lõi và tường nghiêng bê tông nhựa đường,

- Tường nghiêng vật liệu hóa dẻo,

...

...

...

- Tường hào xi măng bentonite.

Các hình thức chống thấm này còn ít được phổ cập ở nước ta nên khi đề xuất áp dụng cần phải tiến hành các nghiên cứu chuyên đề riêng.

10.4.2  Thiết kế hình thức bộ phận chống thấm thân đập

Khi thiết kế các hình thức bộ phận chống thấm thân đập nêu ở khoản 6 điều 10.4.1 của tiêu chuẩn này cần tuân theo các tiêu chuẩn và tham khảo các tài liệu chỉ dẫn riêng và đồng thời cần theo các nguyên tắc chung sau:

1) Với tường lõi bê tông và bê tông cốt thép:

- Nên dùng loại bê tông có cường độ chịu nén không dưới M300, mác chống thấm đảm bảo yêu cầu theo quy định trong các tiêu chuẩn TCVN 4116 và TCVN 8218;

- Phải bố trí đầy đủ các khớp nối để phòng chống biến dạng do nhiệt, do lún, do chuyển vị ngang;

- Khi điều kiện kinh tế và khả năng thi công cho phép, nên áp dụng tường lõi bê tông bentonite.

2) Với tường nghiêng bê tông cốt thép:

...

...

...

- Cần bố trí đầy đủ các khớp nối nhiệt theo phương ngang và khớp nối lún theo phương dọc;

- Cần đảm bảo các điều kiện về: (1) Độ ổn định của tường trên mái đập theo quy định tại điều 5.2.2 tiêu chuẩn này; (2) Độ bền và biến dạng của kết cấu có xét đến trạng thái ứng suất, biến dạng của thân đập và nền trong các điều kiện thi công và vận hành theo quy định hiện hành và TCVN 4116; (3) Không) thấm nước theo TCVN 8218;

- Chiều dày tường ở đỉnh xác định theo điều kiện khí hậu và thi công, nhưng không nên dưới 0,3 m;

- Chiều dày phần đáy có thể xác định sơ bộ theo công thức (8):

d = 0,3 + m.H (8)

trong đó:

d  là chiều dày tường nghiêng, m;

H  là cột nước lớn nhất ứng với MNDBT, m;

m  là hệ số kinh nghiệm, thường lấy từ 0,003 đến 0,004.

...

...

...

3) Tường lõi và tường nghiêng bê tông nhựa đường:

- Tường chống thấm bằng bê tông nhựa đường chỉ nên áp dụng ở vùng có nhiệt độ không khí thấp. Riêng tường lõi thường áp dụng cho đập biến dạng lún lớn bằng từ (1,5 đến 3) % chiều cao đập;

- Tường lõi bê tông nhựa đường phải làm từ bê tông nhựa đường nóng chảy và dẻo, đảm bảo sự làm việc trong trạng thái nén cùng với đất thân đập. Khi đó ứng suất và biến dạng trong tường lõi không được vượt quá trị số tính toán của loại bê tông nhựa đường đã chọn;

- Chiều dày của tường lõi bê tông nhựa đường xác định theo tính toán xuất phát từ tính chất cơ lý của bê tông nhựa đường, nhiệt độ không khí, biến dạng dự kiến của thân đập và khả năng chịu tải của tường trong thời kỳ thi công và khai thác. Sơ bộ có thể xác định chiều dày theo công thức kinh nghiệm:

t = a + 0,003H (9)

trong đó:

H  là cột nước ở mặt cắt tính toán của tường, m;

a  là chiều dày tối thiểu, thường lấy từ (0,4 đến 0,5) m.

- Tường nghiêng bê tông nhựa đường cần làm từ bê tông nhựa đường thủy công có các chỉ tiêu cơ lý theo điều kiện thi công và điều kiện khai thác, đảm bảo yêu cầu ổn định của mái đập, độ bền nhiệt, độ bền nước và độ cứng khi chịu tải trọng của sóng, thực hiện theo tiêu chuẩn riêng.

...

...

...

- Khi sử dụng vật liệu hóa dẻo (như: màng policylen, policyni-lelorist, butil cao su và các vật liệu có tính chất tương tự) làm tường nghiêng chống thấm cần phải đảm bảo chịu được tác dụng cơ học và bức xạ của mặt trời, đảm bảo được tính nguyên vẹn của kết cấu không bị phá hoại do biến dạng của nền. Loại kết cấu này chỉ nên áp dụng ở vùng khan hiếm vật liệu đất chống thấm và cát sỏi làm tầng chuyển tiếp;

- Chiều dày tường nghiêng chống thấm vật liệu hóa dẻo xác định thông qua tính toán, xuất phát từ các điều kiện sau:

+ Trị số ứng suất kéo lớn nhất không được vượt quá ứng suất kéo cho phép của vật liệu;

+ Thành phần hạt của đất mái đập tiếp xúc không được làm hư hại vật liệu chống thấm trong quá trình thi công;

+ Có tuổi thọ phù hợp với yêu cầu của đập;

+ Không có hại cho môi trường.

5) Tường lõi trong thân đập bằng màn phụt vữa chống thấm:

- Loại này chỉ nên áp dụng đối với đập từ cấp II trở xuống, bằng phương pháp khoan phụt vào tim đập một dung dịch vữa chống thấm có khả năng thâm nhập vào đất đắp thân đập tạo thánh màn chống thấm và có tuổi thọ bền vững, không hại cho môi trường xung quanh;

- Thành phần và công nghệ khoan phụt vữa cần được xác định bằng các nghiên cứu thí nghiệm hiện trường theo các quy định riêng hoặc trong các quy định hiện hành về khoan phụt vữa chống thấm thân đê, đập;

...

...

...

10.5  Bộ phận chống thấm ở nền dập

10.5.1  Bộ phận chống thấm ở nền đập có nhiệm vụ giảm gradient thấm, đề phòng biến dạng thấm ở nền đập và giảm lưu lượng thấm qua nền đập.

10.5.2  Hình thức chống thấm ở nền đập phụ thuộc vào loại đập, chiều sâu tầng thấm nước và tính chất của nền (nền đá hay nền đất) và điều kiện thi công. Thường có các hình thức sau:

- Chân khay;

- Sân phủ;

- Tường hào bê tông bentonite;

- Màng vữa xi măng;

- Tường cừ các loại.

- Tường trụ xi măng - đất.

...

...

...

10.5.3  Bộ phận chống thấm ở nền phải nối tiếp tin cậy với bộ phận chống thấm ở thân đập. Trường hợp ở nền không có bộ phận chống thấm thì bộ phận chống thấm ở thân đập phải nối tiếp tốt với nền, tạo thành một thể thống nhất không tách rời nền và đập để đảm bảo nhiệm vụ chống thấm quy định tại điều 10.4.1 của tiêu chuẩn này.

10.6  Bộ phận tiêu thoát nước thân đập

10.6.1  Nhiệm vụ bộ phận tiêu thoát nước thân đập:

1) Đập đất đầm nén phải bố trí bộ phận tiêu thoát nước trong thân đập để làm nhiệm vụ:

- Thoát nước thấm qua thân và nền đập về hạ lưu, không cho dòng thấm thoát ra trên mái đập và bờ vai đập hạ lưu;

- Hạ thấp đường bảo hòa để nâng cao độ ổn định cho mái đập hạ lưu;

- Ngăn ngừa các biến dạng do thấm.

2) Để đảm bảo các nhiệm vụ trên, bộ phận tiêu thoát nước thân đập phải đáp ứng các yêu cầu sau:

- Đủ khả năng thoát nước thấm qua thân đập và nền đập;

...

...

...

- Cần thiết kế theo nguyên tắc thoát nước tầng lọc ngược;

- Không cho phép xói ngầm thân đập và nền đập;

- Không cho phép xói ngầm bản thân bộ phận thoát nước;

- Thuận tiện cho quan trắc và sửa chữa.

10.6.2  Các trường hợp không cần bố trí bộ phận tiêu thoát nước thân đập

Các trường hợp sau đây có thể không cần bố trí bộ phận tiêu thoát nước nếu điều kiện ổn định cho phép:

1) Đập xây dựng trên nền thấm nước mạnh, mực nước ngầm thấp, đường bão hòa trong thân đập đi xuống nền;

2) Phần hạ lưu thân đập đắp bằng vật liệu rời kích thước lớn như cuội sỏi lớn, đá hộc, có tác dụng như một vật thoát nước;

3) Đập có bộ phận chống thấm tốt, lưu lượng thấm nhỏ, và đường bão hòa sau bộ phận chống thấm hạ thấp xuống nền;

...

...

...

5) Đập không thường xuyên chịu áp lực nước.

10.6.3  Hình thức bộ phận tiêu thoát nước hạ lưu

Bộ phận tiêu thoát nước ở hạ lưu đập thường có các hình thức sau đây (xem Hình 7):

1) Lăng trụ;

2) Áp mái,

3) Gối phẳng;

4) Kiểu ống dọc và dải dọc,

5) Kiểu giếng ở chân đập;

6) Kiểu hào tiêu nước;

...

...

...

CHÚ THÍCH:

(1) Đường bão hòa thấm

(2) Tầng lọc ngược

(3) Lăng trụ thoát nước (đá đổ)

...

...

...

(5) Dải tập trung nước thấm

(6) Ống thoát nước dọc (ống đứng cho giếng)

(7) Ống khói thu nước thấm

(8) Rãnh thoát nước chân đập

d_o: chiều cao an toàn

MNHL: Mực nước hạ lưu

MNHL_max: Mực nước hạ lưu lớn nhất

Hình 3 - Cấu tạo của một số dạng kết cấu tiêu thoát nước hạ lưu đập

...

...

...

- Loại đập, điều kiện địa chất công trình và địa chất thủy văn của nền đập (kể cả bờ vai đập), khí hậu khu vực công trình;

- Tính chất cơ lý của vật liệu làm bộ phận tiêu thoát nước;

- Điều kiện thi công;

- Điều kiện khai thác;

- Khả năng xâm thực của nước tại khu vực công trình.

10.6.4  Lăng trụ tiêu thoát nước

Lăng trụ tiêu thoát nước áp dụng cho các đoạn đập nằm ở lòng sông khi hạ lưu có nước, khi kết hợp làm đê quai hạ lưu và khi lấp dòng bằng cách đổ đá trong nước, còn có tác dụng chống trượt cho mái đập hạ lưu.

Khi thiết kế lăng trụ tiêu thoát nước cần tuân thủ các quy định sau:

1) Cao trình đỉnh của lăng trụ cần cao hơn mực nước cao nhất ứng với lũ thiết kế ở hạ lưu đập có xét đến chiều cao sóng leo, với độ an toàn không nhỏ hơn 1,0 m đối với đập từ cấp I trở lên và 0 5 m đối với đập từ cấp II trở xuống;

...

...

...

3) Nối tiếp thân đập với lăng trụ thoát nước cần đảm bảo độ bền thấm tiếp xúc bằng việc đặt tầng lọc ngược theo mái trong của lăng trụ. Không hình thành góc nhọn ở chân mái trong của lăng trụ;

4) Khi cần hạ thấp đường bão hòa hơn nữa, có thể làm lăng trụ kết hợp với gối phẳng. Chiều dài của bộ phận chống thấm này bằng khoảng 1/3 chiều rộng ở đáy đập.

10.6.5  Tiêu thoát nước kiểu áp mái

1) Tiêu thoát nước kiểu áp mái nên áp dụng ở các đoạn đập nằm ở các thềm sông, ở đập thấp, không bị ngập nước, hoặc thường xuyên không ngập nước.

2) Cao trình đỉnh áp mái phải cao hơn điểm ra của đường bão hòa trên mái hạ lưu tối thiểu 1,50 m đối với đập từ cấp II trở xuống và 2,0 m đối với đập từ cấp I trở lên.

3) Khi hạ lưu có nước, kết cấu áp mái đồng thời phải thỏa mãn yêu cầu bảo vệ mái.

10.6.6  Tiêu, thoát nước kiểu gối phẳng

1) Kết cấu tiêu thoát nước kiểu gối phẳng, thường áp dụng ở đập hạ lưu không có nước, có thể hạ thấp đường bão hòa, tiêu thoát nước cho cả thân đập và nền đập nhất là ở các nền sét có xuất hiện áp lực kẽ rỗng.

2) Chiều dài của bộ phận tiêu thoát nước gối phẳng cần thông qua tính toán kinh tế - kỹ thuật để xác định, phụ thuộc yêu cầu hạ thấp đường bão hòa, thường nên nhỏ hơn 1/3 chiều rộng đáy đập.

...

...

...

4) Chiều dày của kết cấu gối phẳng phải đảm bảo tiêu thoát được lượng nước thấm qua đập, và thuận lợi cho thi công để đảm bảo chất lượng của kết cấu.

5) Đối với đập đồng chất đắp bằng đất thấm nước yếu hoặc ở đập nhiều khối, có thể bố trí tầng tiêu thoát nước nằm ngang tại các cao độ khác nhau, để hạ thấp áp lực kẽ rỗng trong thân đập, thay đổi phương dòng thấm, nâng cao độ ổn định của đập. Vị trí, số tầng, chiều dày mỗi tầng phải xác định qua tính toán, nhưng về chiều dày không nên nhỏ hơn 30 cm.

10.6.7  Tiêu thoát nước kiểu ống dọc và dải dọc

1) Kết cấu tiêu thoát nước kiểu ống dọc và dải lọc chỉ thích hợp với đập hạ lưu không có nước và chỉ nên áp dụng ở đập đất đồng chất và đập thấp (từ cấp III trở xuống), có thể thoát nước cho cả thân đập và nền, hạ thấp đường bão hòa.

2) Kết cấu ống dọc gồm ống thoát nước ở giữa và vật liệu lọc xung quanh, chiều dày đối với mỗi lớp cát lọc và lớp dăm sỏi lọc không được nhỏ hơn 30 cm, ống thoát nước có đường kính phải đảm bảo tiêu được lượng nước thấm yêu cầu và không nên nhỏ hơn 30 cm.

3) Kết cấu này chỉ có thể làm việc tốt khi chênh lệch lún ở nền đập không lớn (đảm bảo ống dọc không bị đứt, gãy) và đập đắp đảm bảo chất lượng.

10.6.8  Tiêu thoát nước kiểu giếng

1) Kết cấu tiêu thoát nước kiểu giếng ở sau chân đập hạ lưu nên áp dụng trong trường hợp cần giảm áp lực thủy tĩnh tại vùng quan trọng ở chân đập khi dưới nền đập có một địa tầng thấm nước mạnh được phủ trên một tầng không thấm nước mỏng, hoặc mặc dù ở nền không có tầng tương đối không thấm nước, nhưng nếu hệ số thấm ngang của lớp nền lớn hơn rất nhiều so với hệ số thấm theo phương thẳng đứng, thì cần bố trí giếng giảm áp để giảm áp lực thấm rất lớn phát sinh ở chân đập đảm bảo ổn định thấm cho đập, không gây trôi đất dẫn đến sự cố.

2) Giếng tiêu nước giảm áp bố trí ở chân đập hạ lưu dọc theo tuyến đập cách nhau thông thường từ (7,5 đến 10) m bố trí một giếng, trong giếng đặt các vật liệu theo nguyên tắc lọc ngược, hoặc ống bê tông xốp thấm nước. Khoảng cách chiều sâu cụ thể của các giếng cần xác định qua tính toán căn cứ vào áp lực nước, hệ số thấm và tính chất của đất nền, độ sâu tầng bồi tích và đường viền nền đập.

...

...

...

10.6.9  Tiêu thoát nước kiểu hào

1) Kết cấu tiêu thoát nước kiểu hào được dùng thay thế cho kiểu giếng và thích hợp hơn khi chiều dày địa tầng lớp phủ không thấm mỏng.

2) Hào tiêu nước cũng có thể áp dụng để tiêu thoát nước thân đập nhằm hạ thấp đường bão hòa ở mái hạ lưu đối với đập cần sửa chữa và nâng cấp.

3) Kết cấu hào tiêu nước tương tự như kiểu ống dọc nêu ở mục 10.6.7, chiều rộng của hào cần căn cứ vào yêu cầu bố trí và khả năng thiết bị thi công để lựa chọn cho phù hợp, chiều sâu cần căn cứ vào yêu cầu tiêu thoát nước của nền (giảm áp lực nền) và mái đập hạ lưu để quyết định.

10.6.10  Hỗn hợp tiêu thoát nước kiểu ống khói

1) Hỗn hợp tiêu thoát nước kiểu ống khói, bao gồm thiết bị tiêu thoát nước kiểu ống khói bằng cát lọc, thảm đá dăm sạn tiêu thoát nước nằm ngang và lăng trụ đá tiêu thoát nước ở chân đập hạ lưu. Loại kết cấu này phải được áp dụng trong đập đắp hỗn hợp nhiều khối, trong đó phần ống khói lọc tiêu nước phải bố trí ở phần tiếp giáp giữa khối chống thấm và khối tựa hạ lưu, thảm đá bố trí ở chân ống khói, nối ống khói với lăng trụ đá hạ lưu.

2) Đập đồng chất đắp bằng đất cần bố trí loại tiêu thoát nước kiểu ống khói này, để hạ thấp đường bão hòa thân đập khống chế dòng thấm dị thường theo chiều ngang do thi công, đảm bảo an toàn về tính thấm ở đập đồng chất.

3) Đỉnh của bộ phận tiêu thoát nước kiểu ống khói cần nằm trên đường bão hòa cao nhất trong thân đập tối thiểu là 2,0 m. Chiều rộng theo phương ngang của ống khói phải đảm bảo thi công có chất lượng nhưng không được nhỏ hơn từ (1 đến 1,5) m, trong điều kiện đặc biệt khan hiếm vật liệu thì chiều rộng theo phương ngang của ống khói không được nhỏ hơn 0,6 m nhưng phải đảm bảo tiêu được lượng nước thấm yêu cầu.

4) Thảm thoát nước ngang gồm lớp đá dăm thoát nước ở giữa và lớp cát lọc bao ở ngoài (trên và dưới), chiều dày mỗi lớp cát lọc và đá dăm không nhỏ hơn 30 cm và phải đảm bảo yêu cầu tiêu được lượng nước thấm từ ống khói và nền đập thấm vào và phải đảm bảo yêu cầu về độ bền thấm của vật liệu. Khi nguồn vật liệu khan hiếm, thảm thoát nước ngang có thể làm dạng răng lược, nhưng phải đảm bảo diện tích ngang của thảm thoát được lượng nước thấm yêu cầu.

...

...

...

10.6.11  Giới hạn phạm vi bố trí bộ phận tiêu thoát nước và thu nước mưa hạ lưu đập:

1) Giới hạn phạm vi bố trí bộ phận tiêu thoát nước cần xác định căn cứ kết quả tính toán về thấm, sơ đồ tổng quát của dòng thấm qua thân đập, bờ vai đập và nền đập, theo từng trường hợp cụ thể. Nói chung phải bố trí từ lòng sông lên đến đoạn mặt cắt đập có chiều cao đến 5 m.

2) Ở hạ lưu đập, sau các hệ thống tiêu thoát nước cần bố trí tiếp bộ phận thu nước mưa, nước thấm qua thân đập và nền đập bằng mương rãnh, ống tiêu hay giếng tập trung nước tiêu để theo dõi, đo đạc lượng nước thấm qua đập, cần xem đây là một phần của bộ phận tiêu thoát nước trong đập đất đầm nén.

10.7  Tầng lọc ngược và chuyển tiếp

10.7.1  Yêu cầu chung

1) Thiết kế, thi công tầng lọc ngược phải đảm bảo điều kiện làm việc an toàn của đập, ổn định ứng với cấp công trình trong mọi trường hợp thiết kế;

2) Thiết kế tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp, thực hiện theo TCVN 8422.

10.7.2  Yêu cầu bố trí thiết kế

1) Căn cứ cấu tạo mặt cắt ngang đập thiết kế và nền đập để bố trí tầng lọc ngược, tầng chuyển tiếp giữa bộ phận chống thấm, bộ phận tiêu thoát nước với các bộ phận khác của đập, với nền đập.

...

...

...

3) Tầng lọc ngược có tác dụng lọc giữ đất và thoát nước, đề phòng các hiện tượng biến dạng đất do dòng thấm gây ra như xói ngầm, đùn đất, xói tiếp xúc, đùn đất tiếp xúc làm phá hoại thân đập. Tầng chuyển tiếp ngoài tác dụng phòng xói còn có tác dụng phỏng tránh sự biến dạng và sự thay đổi đột ngột của ứng suất giữa hai loại vật liệu có độ cứng khác biệt nhau rất lớn gây ra.

4) Tầng lọc ngược phải được bố trí ở giữa bộ phận chống thấm đắp bằng đất (như tường lõi, tường nghiêng, sân phủ, hào chắn nước) với khối gia tải hoặc lớp thấm nước của nền đập và tại vị trí dòng thấm thoát ra ở thượng, hạ lưu đập. Nếu nền đập hoặc khối gia tải là đất cát, quan hệ giữa các lớp đất thỏa mãn yêu cầu lọc ngược, qua tính toán cho phép có thể không bố trí tầng lọc ngược riêng.

5) Tầng lọc ngược cũng cần phải được bố trí ở mặt tiếp xúc giữa thân đập và nền đập với bộ phận tiêu thoát nước.

10.7.3  Vật liệu kết cấu tầng lọc ngược và tầng chuyển tiếp

1) Vật liệu làm tầng lọc ngược phải đảm bảo độ bền lâu dài trong thời kỳ thi công và khai thác công trình. Chọn vật liệu làm lọc ngược phải tuân thủ các quy định của các tiêu chuẩn hiện hành liên quan.

2) Số lượng lớp lọc ngược và thành phần của chúng cần xác định trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phương án, khi cần ưu tiên theo xu thế giảm bớt số lượng lớp lọc.

3) Việc chọn vật liệu lọc ngược của bộ phận tiêu nước đối với đập từ cấp I trở lên nên tiến hành kiểm tra bằng thí nghiệm với vật liệu và điều kiện thi công công trình, còn đối với đập từ cấp II trở xuống thì căn cứ theo tính toán.

4) Chiều dày mỗi lớp trong tầng lọc ngược cần xem xét tổng hợp để xác định căn cứ vào cấp phối, nguồn vật liệu, mục đích sử dụng, biện pháp thi công và các yếu tố khác. Khi thi công thủ công chiều dày nhỏ nhất của mỗi lớp lọc ngược nằm ngang có thể lấy bằng 30 cm, tầng lọc ngược đứng hoặc nghiêng có thể lấy bằng 50 cm. Khi thi công bằng máy thì chiều dày nhỏ nhất do phương pháp thi công xác định.

5) Khi tổng chiều dày của tầng lọc ngược giữa khối gia tải và khối chống thấm không đáp ứng yêu cầu của tầng chuyển tiếp thì cần tăng chiều dày của tầng chuyển tiếp riêng.

...

...

...

Trong các trường hợp sau nên tăng một cách thích đáng chiều dày của tầng lọc ngược hoặc tầng chuyển tiếp bố trí ở hai bên khối chống thấm trong đập nhiều khối:

1) Đập cao tại vị trí lòng sông hẹp hoặc tại bờ vai đập có độ dốc thay đổi đột biến;

2) Tại vị trí gần mặt tiếp xúc giữa khối chống thấm với bờ vai dập nền đá và hạng mục công trình bê tông nằm trong đập;

3) Khối chống thấm được đắp bằng đất có tính dẻo kém, độ lún lớn;

4) Khối chống thấm và khối lăng trụ khác của đập có độ biến dạng khác nhau nhiều;

5) Đập xây dựng ở vùng có động đất từ cấp VII trở lên.

10.7.5  Trường hợp sử dụng vật liệu nhân tạo

1) Vật liệu nhân tạo (vải địa kỹ thuật) chỉ nên sử dụng làm vật liệu lọc trong thân đập thấp ở các bộ phận có khả năng thay thế khi xác định rõ tính kinh tế so với vật liệu khác;

2) Lọc ở kết cấu tiêu thoát nước kiểu áp mái;

...

...

...

4) Lọc thoát nước ở rãnh tiêu nước hạ lưu đập.

11  Tính toán thiết kế đập

11.1  Các yêu cầu tính toán

11.1.1  Khi thiết kế đập đất đầm nén cần thực hiện đầy đủ các tính toán cơ bản sau:

1) Thấm;

2) Ổn định thấm;

3) Lọc ngược, bộ phận tiêu thoát nước và các tầng chuyển tiếp;

4) Ổn định của đập và nền, ổn định ở các bộ phận của đập;

5) Ứng suất và biến dạng, chuyển vị thân, nền đập;

...

...

...

7) Ngoài ra đối với đập từ cấp II trở lên có tường lõi, tường nghiêng bằng đất sét hoặc nền đất sét, cần tính toán áp lực kẽ rỗng trong tính toán ổn định và kiểm tra về ổn định chống nứt trong thời gian thi công có xét đến tốc độ lên đập và thời kỳ khai thác. Đối với đập từ cấp III trở xuống không cần tính toán các nội dung này.

11.1.2  Các tính toán trên cần thực hiện với các mặt cắt ngang đặc trưng của đập. Ở thiết kế cơ sở của giai đoạn nghiên cứu khả thi có thể chỉ cần tính toán cho một mặt cắt ngang lớn nhất tại lòng sông, ở giai đoạn thiết kế kỹ thuật cần tính toán đầy đủ cho các mặt cắt điển hình phụ thuộc chiều cao đập, chiều dài đập và điều kiện địa hình địa chất vùng tuyến đập.

11.1.3  Trong mọi trường hợp tính toán đập cần thực hiện với tổ hợp tải trọng chủ yếu và đặc biệt trong thời kỳ khai thác và trong thời kỳ thi công.

11.2  Tính toán thấm

11.2.1  Yêu cầu chung

Tính toán thấm qua thân, nền đập xác định các thông số chủ yếu cần thiết của dòng thấm, nhằm;

- Xác định ổn định thấm và lưu lượng thấm của thân, nền và bờ vai đập;

- Xác định ổn định chung của mái đập, nền và bờ vai đập;

- Luận chứng kinh tế - kỹ thuật về hình dạng, kích thước, kết cấu mặt cắt đập và các bộ phận chống thấm, tiêu thoát nước của đập.

...

...

...

11.2.3  Nghiên cứu tính toán thấm

1) Thông qua việc nghiên cứu tính toán thấm, cần xác định được các thông số sau đây của dòng thấm ở thân đập, nền và bờ vai đập:

- Vị trí bề mặt dòng thấm (đường bão hòa) trong thân đập và các bờ vai đập. Cần xét đến hiện tượng mao dẫn nhất là ở các phần thân đập:

- Lưu lượng nước thấm qua thân, nền và các bờ vai đập;

- Gradient thấm của dòng thấm trong thân đập và nền, ở chỗ dòng thấm đi vào bộ phận tiêu nước phía hạ lưu của đập, ở chỗ tiếp xúc giữa các lớp đất có các đặc trưng khác nhau, ở mặt tiếp xúc của các kết cấu chống thấm, ở vị trí đi ra của dòng thấm.

2) Khi xây dựng đập ở vùng núi cao, lòng sông hẹp, nơi có cấu tạo địa chất nền phức tạp, không đồng nhất, bất đẳng hướng, loại đập nhiều khối và đối với đập từ cấp I trở lên các thông số tính toán dòng thấm nêu trên cần được phân tích tính toán cho phù hợp theo các hướng dẫn ở các tài liệu, quy định hiện hành về tính toán thấm.

3) Tính toán ổn định thấm có nhiệm vụ làm rõ độ bền thấm của đất trong thân đập, đất nền và bờ vai đập ở vị trí tiếp xúc giữa các lớp hoặc giữa thân đập và nền, ổn định dưới tác dụng của gradient thấm vào công trình có xét đến ảnh hưởng của trạng thái ứng suất và biến dạng của thân đập và nền, đặc điểm kết cấu đập, phương pháp thi công và điều kiện khai thác.

4) Khi tính toán sơ bộ và khi không có các nghiên cứu cần thiết, với đập từ cấp II trở xuống có thể sử dụng các giá trị gradient thấm cho phép đối với các loại đất đắp ở Bảng 6 và 7, đối với đất nền ở Bảng 8 và 9.

Bảng 6 - Trị số gradient cột nước cho phép  ở điểm ra trong các khối đắp thân đập

...

...

...

Cấp công trình đập

Đặc biệt

I

II

III, IV

Đất sét

1,00

1,10

1,20

...

...

...

Đất á sét

0,70

0,75

0,85

0,90

Đất cát trung bình

0,50

0,55

0,60

...

...

...

Đất á cát

0,40

0,45

0,50

0,55

Đất cát mịn

0,35

0,40

0,45

...

...

...

Nếu  lớn hơn các trị số quy định ở bảng trên thì phải thiết kế tầng lọc ngược.

Bảng 7 - Trị số gradient cột nước trung bình tới hạn J_th ở các khối đắp chống thấm

Loại đất

Giá trị gradient cột nước trung bình tới hạn J_th đối với:

Sân phủ

Tường nghiêng và tường lõi

Khối đắp trong thân đập

Đất sét, bê tông - sét

15

...

...

...

Từ 8 đến 12

Đất á sét

10

8

Từ 6 đến 8

Đất á sét nhẹ

8

6

Từ 4 đến 6

...

...

...

Việc tính toán các kết cấu lọc ngược, tiêu thoát nước và chuyển tiếp thực hiện theo TCVN 8422.

Bảng 8 - Trị số gradient cột nước cho phép  ở điểm ra đối với đất nền

Loại đất

Cấp đập

Đặc biệt

I

II

III

IV

...

...

...

Phải xác định thông qua thí nghiệm mô hình

0,70

0,80

0,90

1,08

Đất á sét

0,35

0,40

0,45

...

...

...

Đất cát thô

0,32

0,35

0,40

0,48

Đất cát vừa

0,22

0,25

0,28

...

...

...

Đất cát mịn

0,18

0,20

0,22

0,26

Bảng 9 - Trị số gradient cột nước trung bình cho phép [J_n] đối với đất nền

Loại đất

Cấp đập

Đặc biệt

...

...

...

II

III, IV

Đất sét

0,90

1,00

1,04

1,08

Đất á sét

0,53

...

...

...

0,62

0,64

Đất cát pha

0,40

0,44

0,46

0,48

Đất cát thô

0,32

...

...

...

0,37

0,38

Đất cát vừa

0,28

0,31

0,32

0,34

Đất cát mịn

0,21

...

...

...

0,25

0,26

5) Đối với nền đá phải tính toán kiểm tra độ bền thấm cục bộ theo điều 2.4.4 của tiêu chuẩn TCVN 4253.

11.3  Tính toán ổn định

11.3.1  Yêu cầu chung

1) Tính toán ổn định mái đập để đảm bảo cho đập đất không bị phá hoại do các ứng suất cắt gây trượt phát sinh từ thân đập hoặc từ thân và nền đập dưới tác dụng của tải trọng đập, áp lực kẽ rỗng trong đập và các ngoại lực;

2) Tính toán ổn định mái đập cần tiến hành theo phương pháp mặt trượt trụ tròn;

3) Khi trong nền hoặc thân đập có các vùng đất yếu, các lớp kẹp kém bền và khi tính toán ổn định của tường nghiêng hoặc lớp bảo vệ cần tiến hành tính toán theo mặt trượt bất kỳ;

4) Cần sử dụng các phương pháp tính toán thỏa mãn các điều kiện cân bằng các lăng thể trượt và các bộ phận của nó theo trạng thái cân bằng giới hạn, và có xét tới trạng thái ứng suất của công trình và nền của nó.

...

...

...

1) Đập đất chịu các tải trọng làm việc khác nhau và đất đắp trong thân đập cũng có cường độ chống cắt khác nhau trong các thời kỳ làm việc khác nhau từ thi công, thi công xong, tích nước đến xả lũ, do đó cần lần lượt tính toán cho từng mái đập thượng lưu và hạ lưu. Cụ thể:

- Thời kỳ thi công (bao gồm cả hoàn công): Mái thượng lưu, hạ lưu;

- Thời kỳ thấm ổn định: Mái thượng lưu, hạ lưu;

- Thời kỳ mực nước hồ rút nhanh: Mái thượng lưu.

Trong tính toán cần phân biệt điều kiện làm việc bình thường và điều kiện làm việc không bình thường theo nội dung quy định ở điều 5.1 của tiêu chuẩn này.

2) Ở các vùng mưa nhiều, nên căn cứ hệ số thấm của đất đắp và khả năng dẫn thoát nước của các thiết bị tiêu nước mặt đập, xem xét tình hình cụ thể để kiểm toán sự ổn định của mái đập trong thời kỳ mưa kéo dài, đồng thời chọn hệ số an toàn theo điều kiện làm việc không bình thường.

3) Hệ số an toàn về ổn định của mái đập trong các điều kiện làm việc quy định ở Bảng 10 không được nhỏ hơn hệ số an toàn nhỏ nhất [K] quy định ở bảng 1 điều 5.2 của tiêu chuẩn này.

4) Hệ số ổn định nhỏ nhất của mái đập và mái bờ vai tính được trong điều kiện làm việc bình thường không nên vượt quá 15 % đối với đập từ cấp II trở xuống và 20 % đối với đập từ cấp I trở lên so hệ số an toàn nhỏ nhất cho phép [K].

5) Tính toán ổn định các mái đập phải bao gồm các thời kỳ làm việc khác nhau, thời kỳ thi công (kể cả hoàn công), thời kỳ thấm ổn định, thời kỳ mực nước hồ rút nhanh và khi làm việc bình thường gặp động đất. Nội dung tính toán theo quy định ở Bảng 10. Các điều kiện làm việc bình thường và làm việc không bình thường theo quy định tại điều 5.1 của tiêu chuẩn này.

...

...

...

7) Cường độ kháng cắt của đất sử dụng trong tính toán ổn định được quy định ở Phụ lục A và yêu cầu về phương pháp thí nghiệm xác định các chỉ tiêu cơ lý được quy định ở Bảng 2 điều 7.3 của tiêu chuẩn này. Ngoài ra có thể tham khảo Phụ lục B để đề xuất sử dụng số liệu tính toán phù hợp.

Bảng 10 - Các trường hợp tính toán ổn định đập đất

TT

Điều kiện làm việc

Trường hợp tính toán

Tổ hợp

Mái tính ổn định

1

Thi công (kể cả hoàn công)

...

...

...

Thi công

Thượng, hạ lưu

2

Thấm ổn định

Ở thượng lưu là MNDBT; ở hạ lưu có nước ứng với mực nước lớn nhất có thể xảy ra trong thời kỳ cấp nước nhưng không lớn hơn 0,2 H_đập.

Cơ bản

Hạ lưu

3

Ở thượng lưu là MNLNTK, ở hạ lưu là mực nước ứng với Q_xả thiết kế.

...

...

...

Hạ lưu

4

Ở thượng lưu là MNLNKT, ở hạ lưu là mực nước ứng với Q_xả kiểm tra.

Đặc biệt

Hạ lưu

5

Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình thời kỳ cấp nước. Bộ phận tiêu nước trong đập làm việc không bình thường.

Đặc biệt

Hạ lưu

...

...

...

Mực nước hồ rứt nhanh

Ở thượng lưu là MNLNTK rút xuống đến mực nước khai thác ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Q_xả thiết kế

Cơ bản

Thượng lưu

7

Ở thượng lưu là MNLNKT rút xuống đến mực nước khai thác ổn định phải giữ trong thiết kế. Mực nước hạ lưu tương ứng với Q_xả kiểm tra.

Đặc biệt

Thượng lưu

8

...

...

...

Đặc biệt

Thượng lưu

9

Động đất

Ở thượng lưu là MNDBT, ở hạ lưu là mực nước trung bình trong thời kỳ cấp nước, có xét đến động đất.

Đặc biệt

Thượng, hạ lưu

11.4  Tính toán trạng thái ứng suất, biến dạng và lún

11.4.1  Cần tính toán xác định trạng thái ứng suất biến dạng của thân đập và nền để đưa vào trong các tính toán về:

...

...

...

- Ổn định thấm tại vùng tiếp xúc của các bộ phận cách nước với nền;

- Độ bền của các kết cấu chống thấm không phải là đất.

11.4.2  Phân tích ứng suất và biến dạng trong đập cần dùng phương pháp phần tử hữu hạn để tính toán, mô hình vật liệu (đất đắp và đất nền) sử dụng quan hệ ứng suất - biến dạng phi tuyến, có xét tới biến dạng dẻo của đất trong trạng thái giới hạn (đối với đập từ cấp III trở xuống có thể tính toán theo mô hình quan hệ ứng suất - biến dạng tuyến tính). Chiều sâu tầng chịu lún cần lấy đến độ sâu mà ứng suất đứng do tải trọng ngoài gây ra không vượt 0,2 lần ứng suất đứng của nền tự nhiên (phải tính với ứng suất hiệu quả khi điểm tính toán nằm dưới mực nước ngầm) và không cần vượt quá lớp đá cứng có mô đun biến dạng E ≥ 1000 kg/cm^2.

11.4.3  Cần phải tiến hành tính toán ứng suất và biến dạng của thân đập, nền đập và các bộ phận kiến trúc trong thân đập dưới tác dụng của tải trọng bản thân, tải trọng bên ngoài và điều kiện công tác khác nhau (tiến độ đắp đập, phân vùng đắp đập và các yếu tố khác) để kiểm tra khả năng gây nứt trong đập do lún không đều hay do phát sinh và tồn tại vùng ứng suất kéo trong thân đập ở các thời kỳ thi công và thời kỳ vận hành, đặc biệt chú ý kiểm tra đối với khối đắp chống thấm đảm bảo không phát sinh hiện tượng nứt gãy thủy lực (ứng suất kéo hiệu quả trong khối chống thấm đối với các điều kiện làm việc của đập không được lớn hơn độ bền kéo một trục s_t nêu điều 7.3 của tiêu chuẩn này, nếu không có số liệu thí nghiệm cho phép lấy s_t =0).

11.4.4  Đối với đập cao trên 20 m cần tính toán độ lún tổng cộng, độ lún theo quá trình thi công đắp đập đến khi hoàn thành để khống chế độ lún của đập và nền nhằm loại trừ rủi ro, hư hỏng trong đập do lún quá mức, lún nhanh và lún không đều giữa các bộ phận liền kề trong đập, cụ thể như sau:

- Độ lún của đập trong thời gian thi công tối đa không được vượt quá 2%H (H là chiều cao đập).

- Độ lún của đập sau khi kết thúc thi công (thời kỳ tích nước, vận hành đập) không được vượt quá 1%H.

- Tốc độ lún của đập và nền không được vượt quá 1 cm / ngày đêm.

- Nếu tính toán lún không đảm bảo các yêu cầu trên, cần thiết phải nghiên cứu các biện pháp để xử lý như: (1) Đào lớp đất nền yếu thay thế bằng đất đắp tốt hơn; (2) Tránh sử dụng các loại vật liệu đắp có tính nén lún lớn để đắp đập; (3) Nếu biện pháp (1) hoặc (2) không thực hiện được thì cần có biện pháp xử lý đất để đảm bảo yêu cầu (biện pháp cố kết và gia tải trước, biện pháp gia cường cốt đất hoặc các biện pháp phù hợp khác).

...

...

...

Khi tính toán lún trong quá trình thi công cần tính toán và phân rõ theo thời gian thi công ở hai vai đập và phần cửa chặn dòng, để đưa ra lựa chọn chiều cao đắp phòng lún khi thi công hoàn thành cho từng đoạn và xử lý lún không đều giữa các giai đoạn đắp đập.

11.4.5  Đối với đập có chiều cao dưới 20 m có thể tiến hành tính toán độ lún của đập và nền theo phương pháp cộng lún của bài toán một chiều thông qua đường cong ép lún ε, chỉ số nén lún C_r và C_c, hệ số cố kết C_v. Công thức tính toán độ lún thực hiện theo các tài liệu hướng dẫn địa kỹ thuật;

11.4.6  Đối với đập từ cấp I trở lên việc tính toán ứng suất, biến dạng và độ lún cần tiến hành trên cơ sở kết quả thí nghiệm nén lún của vật liệu đất có xét đến trạng thái ứng suất - biến dạng của thân đập, áp lực kẽ rỗng, tính từ biến của đất, độ lún ướt và trương nở khi độ ẩm tăng trong thời kỳ khai thác.

11.4.7  Trong quá trình thi công nên tiến hành quan trắc mức độ cố kết và độ lún, áp lực kẽ rỗng, ứng suất tổng và chuyển vị để kịp thời phân tích số liệu quan trắc và hiệu chỉnh nhằm cải tiến mô hình và các thông số tính toán, tính toán chính xác lại kết quả để kịp thời chọn biện pháp hoặc điều chỉnh thiết kế nếu cần thiết.

11.5  Tính toán kháng chấn

Đập xây dựng trong vùng có động đất từ cấp VII trở lên cần được tính toán theo chuyên đề riêng, cấp và gia tốc động đất thiết kế thực hiện theo quy định tại TCVN 9386.

12  Nối tiếp đập đất với nền, vai đập và các công trình xây đúc

12.1  Nối tiếp với nền và hai vai đập

12.1.1  Việc nối tiếp phải đảm bảo cho thân và nền đập cùng làm việc thống nhất, nhằm đáp ứng điều kiện về an toàn và tuổi thọ của công trình.

...

...

...

Sau khi đã xử lý mặt nền đập theo các quy định ở điều 9.2 của tiêu chuẩn này, cần phải đầm kỹ lớp đất mặt nền trước khi đắp đập.

12.1.2  Tính toán kiểm tra, có biện pháp đảm bảo nguyên tắc và yêu cầu lọc ngược giữa vật liệu đắp thân đập với nền, đảm bảo không xảy ra dòng thấm lôi kéo các hạt mịn ở bộ phận chống thấm ra ngoài hoặc gây biến dạng thấm bất lợi ảnh hưởng đến an toàn và ổn định của công trình.

12.1.3  Một số biện pháp cần nghiên cứu áp dụng khi thiết kế nối tiếp đập với nền đập;

- Chống xói ngầm chân khay với nền bồi tích bằng cách dùng cát có thành phần hạt thích hợp làm lớp lọc lót trên cả hai mái hố móng chân khay trước khi đắp đất. Bề dày lớp này từ (0,30 đến 1,0) m. Có thể dùng vải địa kỹ thuật đối với đập từ cấp II trở xuống để thi công được thuận lợi;

- Khi chân khay đặt trên nền đá phong hóa nứt nẻ cũng cần đặt lớp lọc trên mái hố móng chân khay (chủ yếu ở phía hạ lưu) dày từ (0,3 đến 1,0) m để đảm bảo yêu cầu lọc ngược. Thực hiện các biện pháp xử lý nền theo quy định tại điều 10.6 của tiêu chuẩn này;

- Phần đáy thân đập khối lõi hoặc tường nghiêng chống thấm gần mặt tiếp giáp với nền, cần có lớp tiếp xúc dày từ (2 đến 3) m được đắp bằng đất tốt hơn, ít thấm hơn và có độ ẩm cao hơn nhưng không vượt quá từ (1 đến 3) % so với đất phần còn lại bên trên, được rải cẩn thận và đầm chặt.

12.1.4  Hai bờ vai sườn núi cần phải xử lý để cho thân đập, nhất là khối chống thấm liên kết chặt chẽ, tránh xảy ra lún không đều gây nứt và thấm qua vai đập gây mất ổn định cho công trình. Việc xử lý đào ở sườn núi vai đập phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Vai bờ cần phẳng, không được có bậc thụt, dốc ngược hoặc dốc đột biến. Khi vai bờ dốc không đều, trên thoải dưới dốc, thì góc dốc đột biến ở đó phải nhỏ hơn 20°;

- Mái bờ vai sườn núi đá, nhất là nơi tiếp giáp với khối chống thấm không được dốc quá 1:0,5. Nếu để sườn núi dốc hơn trị số này phải có luận chứng và biện pháp tin cậy chống nứt do thân đập lún không đều gây ra;

...

...

...

12.1.5  Tại vùng tiếp giáp khối chống thấm bằng đất ít thấm (tường lỗi hoặc tường nghiêng) với hai bờ vai nên mở rộng mặt cắt khối chống thấm đó để tăng khả năng chống thấm tại vai bờ đập. Việc đắp đất ở vùng nối tiếp này phải rất cẩn thận, thiết kế cần đề ra một quy trình đắp đất riêng.

12.1.6  Đối với đập cao, trên nền đá thấm lớn, ngoài khoan phụt tạo màn chống thấm, còn nên khoan phụt cố kết dưới tắm bê tông phản áp nằm giữa đáy khối chống thấm với nền đá, nhằm cải thiện điều kiện nối tiếp giữa đập và nền.

12.2  Nối tiếp với các công trình xây đúc

12.2.1  Các vùng thân đập nối tiếp với công trình xây đúc (như: cống dưới đập, tường bên của tràn xả lũ, âu thuyền, đập bê tông và các hạng mục khác) là những nơi xung yếu nhất trong thân đập về mặt chống thấm do đó cần phải thiết kế biện pháp nối tiếp để phòng tránh sự cố do dòng thấm tập trung tại mặt tiếp xúc gây xói ngầm; lún không đều sinh nứt; dòng nước chảy làm xói lở mái, chân đập thượng hạ lưu và các yếu tố bất lợi khác.

12.2.2  Phần công trình xây đúc, phía nối tiếp với thân đập cần bố trí các tường răng hoặc tường cắm sâu vào khối chống thấm của thân đập để kéo dài đường viền thấm, giảm gradient thấm tiếp xúc giữa thân đập và kết cấu xây đúc.

Cống ngầm trong thân đập (nếu có) cũng cần làm các tường cắm vào thân đập, đồng thời nên bố trí tầng lọc ngược ở hạ lưu bao quanh cống sau khối chống thấm để đảm bảo dòng thấm qua mặt tiếp xúc được lọc qua tầng lọc không mang theo hạt đất của thân đập.

Chiều dày của các tường răng, tường cắm xác định trên cơ sở tính toán thấm.

12.2.3  Khi nối tiếp với công trình xây đúc kiểu tường bên, độ dốc của mặt kết cấu bê tông nối tiếp thân đập không được dốc hơn 1:0,25 đến 1:0,50. Tại đây nên mở rộng mặt cắt khối chống thấm và tăng thêm tầng lọc ngược ở hạ lưu khối chống thấm. Khi độ dốc mặt tiếp xúc lớn hơn trị số nêu trên cần có luận chứng cụ thể và áp dụng biện pháp công trình thích hợp.

12.2.4  Đào hố móng để thi công công trình xây đúc trong thân đập:

...

...

...

- Đối với hố móng trên nền đá phong hóa vừa đến tươi thì mở móng theo mái đảm bảo ổn định, không cần lưu không. Mang công trình được đắp lại bởi chính bê tông của kết cấu bằng cách đổ áp trực tiếp vào mải hố móng, tạo sự liên kết tốt hơn cho việc chống thấm.

- Mang công trình xây đúc nằm trong phạm vi các khối đắp thân đập phải có chiều rộng không nhỏ hơn 1 m.

12.2.5  Đắp đất mang công trình phải là loại đất có chất lượng tốt (phải là đất sét không lẫn sạn sỏi và các tạp chất khác), đảm bảo hệ số thấm nhỏ hơn hệ số thấm của đất đắp đập, tuyệt đối không được dùng đất có tính chất co ngót, lún ướt và tan rã để đắp. Đất đắp phải đạt độ chặt, dung trọng khô và độ ẩm theo yêu cầu tương ứng của khối đắp thân đập. Công tác thi công bộ phận này thực hiện theo TCVN 8297.

12.2.6  Bộ phận chống thấm ở nền đập và công trình xây đúc cần phải liên hợp với nhau cùng đảm bảo yêu cầu ổn định thấm của công trình.

13  Thiết kế hệ thống quan trắc và yêu cầu thiết bị

13.1  Thiết kế hệ thống quan trắc

13.1.1  Khi thiết kế đập cần phải căn cứ và cấp công trình, điều kiện địa hình, địa chất, hình thức kết cấu đập để bố trí thiết bị quan trắc tại công trình trong quá trình thi công và trong thời kỳ khai thác vận hành để quan trắc về tình trạng công trình và nền của của đập nhằm các mục đích sau:

- Kiểm nghiệm tính phù hợp của hồ sơ thiết kế để kịp thời sửa đổi, bổ sung thiết kế (nếu thấy cần thiết) trong quá trình thi công và phục vụ quản lý thi công góp phần đảm bảo chất lượng thi công;

- Kiểm nghiệm tính chính xác của thiết kế, tính thích nghi kỹ thuật mới, luận chứng vận hành an toàn liên tục của công trình, dự bảo tính năng vận hành công trình trong tương lai, dự báo nhu cầu xử lý duy tu, sửa chữa, nâng cấp công trình;

...

...

...

s’c là ứng suất hữu hiệu hướng pháp tuyến trước khi mực nước hồ hạ xuống.

A.2  Đường bao cường độ kháng cắt trong thí nghiệm ba trục:

Hình A.1 - Đường bao cường độ kháng cắt với ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả

Phụ lục B

(Tham khảo)

Sử dụng cường độ kháng cắt của đất trong tính toán ổn định đập đối với các thời kỳ theo hiệp hội đập Hoa kỳ

B.1  Theo hiệp hội đập Hoa Kỳ, trong tính toán phân tích ổn định đập sử dụng cường độ kháng cắt của đất tùy thuộc vào các trường hợp làm việc của đập như được trình bày dưới đây:

...

...

...

2) Trường hợp hồ tích nước, hồ vận hành hình thành dòng thấm ổn định và hồ vận hành có xảy ra động đất;

3) Trường hợp mực nước hồ rút nhanh.

B.2  Cường độ kháng cắt của đất có hệ số thấm nhỏ sử dụng trong tính toán ổn định tương ứng với các trường hợp nêu trên như sau:

1) Đối với trường hợp 1, sử dụng cường độ kháng cắt theo đường bao cường độ ứng suất tổng thu được từ thí nghiệm cắt không cố kết - không thoát nước (C_uu, ϕ_uu).

2) Đối với trường hợp 2, sử dụng cường độ kháng cắt theo tổ hợp của hai đường bao cường độ ứng suất tổng và cường độ ứng suất hiệu quả như sau (xem Hình B.1):

- Chọn cường độ kháng cắt trung bình của hai đường bao ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả khi đường cường độ ứng suất hiệu quả lớn hơn cường độ ứng suất tổng

 

- Chọn cường độ kháng cắt của đường bao ứng suất hiệu khi cường độ ứng suất hiệu quả nhỏ hơn cường độ ứng suất tổng.

...

...

...

3) Đối với trường hợp 3, sử dụng cường độ kháng cắt nhỏ nhất từ hai đường bao của ứng suất tổng và ứng suất hiệu quả min (C’, ϕ’ và C_cu, ϕ_cu), xem Hình B.2.

Mục lục

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ và định nghĩa

4  Phân loại đập đất

...

...

...

6  Bố trí chung của đập và các hạng mục công trình liên quan

7  Vật liệu đắp đập

8  Lựa chọn các chỉ tiêu đầm nén

9  Nền và vai đập

10  Thiết kế mặt cắt ngang của đập

11  Tính toán thiết kế đập

12  Nối tiếp đập đất với nền, vai đập và các công trình xây đúc

13  Thiết kế hệ thống quan trắc và yêu cầu thiết bị

Phụ lục A (Quy định) Xác định cường độ kháng cắt của đất trong tính toán ổn định đập

...

...

...